Fenntartható energetika megújuló energiaforrások optimalizált integrálásával

Fenntartható energetika megújuló energiaforrások optimalizált integrálásával

Fenntartható energetika megújuló energiaforrások optimalizált integrálásával Szerkesztette Kalmár Ferenc

AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST

A könyv elkészítését a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0041 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Szerzők

Balla Tibor, Bánóczy Emese, Dr. Bányai Orsolya, Dr. Bitelli, Gabriele, Dr. Bodnár Ildikó, Dr. Boros Norbert, Dr. Brumaru Mariana, Buday Tamás, Dr. Bulla Miklós, Csernusné Ádámkó Éva, Dr. Coren Franco, Dr. Csoknyai István, Dr. Csoknyai Tamás, Domokosné Szabolcsy Éva, Dr. Fazekas István, Dr. Fári Miklós Gábor, Dr. Fodor László, Fórián Sándor, Halczman Attila, Hrabovszky-Horváth Sára, Dr. Husi Géza , Izbékiné Fehérné Baranyai Edina, Dr. Jolánkai Géza, Dr. Kalmár Tünde, Kassai-Szoó Dominika, Keczánné Dr. Üveges Andrea, Dr. Kerényi Attila, Kocsis Dénes, Dr. Kocsis Imre, Dr. Kozma Gábor, Dr. Kulcsár Balázs, Kurucz Erika, László Elemér, Lázár István, Dr. Matkó Andrea Emese, Dr. Molnár Ernő, Paládi Mónika, Dr. Pálvölgyi Tamás, Dr. Pénzes János, Piros Sándor, Dr. Rabenseifer, Roman; Dr. Radics Zsolt, Severnyák Krisztina, Szabolcsik Andrea, Dr. Szabó Gergely, Dr. Szabó György, Dr. Szabó Szilárd, Dr. Szalay Zsuzsa, Dr. Szász Csaba, Dr. Szegedi Sándor, Dr. Szemes Péter Tamás, Szkordilisz Flóra, Dr. Szűcs Edit, Talamon Attila, Dr. T. Kiss Judit, Dr. Teperics Károly, Dr. Tóth Tamás, Tóth Tamás, Varga Emil, Vitéz Attila, Dr. Zöld András

Lektorok

1. fejezet Dr. Osztroluczky Miklós; 2. fejezet Dr. Makra László; 3. fejezet Dr. Kajtár László; 4. fejezet Dr. Korondi Péter; 5. fejezet Dr. Ábrahám Ferenc; 6. fejezet Dr. Berki Imre; 7. fejezet Dr. Hodossi Sándor; 8. fejezet Kapros Zoltán; 9. fejezet Veresné Dr. Somosi Mariann Éva; 10. fejezet Dr. Olajos István; 11. fejezet Dr. Michalkó Gábor

ISBN 978 963 05 9540 7 Kiadja az Akadémiai Kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztők Egyesülésének tagja 1117 Budapest, Prielle Kornélia u. 21–35. www.akademiaikiado.hu Első magyar nyelvű kiadás: 2014 © Kalmár Ferenc (szerk.) 2014

Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítás, a nyilvános előadás, a rádió- és televízióadás, valamint a fordítás jogát, az egyes fejezeteket illetően is. Printed in Hungary

Tartalom

Előszó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 A kötet szerzői . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1. A közel nulla energiafelhasználású épületek és városok felé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1. Közel nulla energiafelhasználású új épületek életciklus-elemzése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2. Életciklus-elemzés új épületekre és mélyfelújításokra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3. Épületek környezeti szempontú értékelő rendszere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4. Költségoptimum és rezsicsökkentés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.5. Megújuló energiaforrások komplex fenntarthatósági értékelése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.6. A fotovoltaikus rendszerek és a „közel nulla energia” követelmény . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.7. Fasorok és zöld homlokzatok mikroklímára gyakorolt hatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.8. Napelemek és napkollektorok energiahozam szempontú összehasonlító elemzése . . . . 31 1.9. A HMV-fogyasztás és a határhőmérséklet elemzése tényleges fogyasztási adatok alapján . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.10. A közel nulla energiafelhasználású szint elérésének lehetőségei panelépületekben . . . . 37 1.11. A távérzékelés és térinformatika városenergetikai alkalmazási lehetőségei . . . . . . . . . . 38 1.12. Távérzékelésen alapuló mobil épületdiagnosztikai modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.13. Városi napenergiapotenciál-becslés tetőtipológia alapján . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.14. A megújuló források részesedése a „közel nulla energiaigényű épületek” energiamérlegében . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2. A városklíma jellegzetességei és hatásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.2. A városklíma kutatásának rövid története, a téma szakirodalmának áttekintése . . . . . . 51 2.3. A városklíma térbeli lehatárolása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.4. A városklíma kialakulásának okai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.4.1. Az energiaegyenleg változásai a városi területeken a természetes felszínekhez képest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.4.2. A városi vízmérleg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.5. Az éghajlati elemek módosulásai a városklímában . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.5.1. A városi hősziget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.5.2. A köd és a csapadék jellemzőinek változásai a városokban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.5.3. A légmozgások módosulásai a beépített területeken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.5.4. A városklíma hatásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Tartalom 2.6. A városi hősziget kialakulását befolyásoló időjárási tényezők változékonysága Debrecen térségében 1961–2010 között . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.6.1. Adatbázis és módszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.6.2. Eredmények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.6.3. Következtetések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3. Felületfűtések szakaszos üzemeltetésének energetikai, exergetikai és hőérzeti elemzése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.1. Felületfűtések exergetikai vizsgálata felfűtési időszakban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.1.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.1.2. A mérés helyszíne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.1.3. Mérési eredmények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.1.3.1. „Külső hőmérséklet” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.1.3.2. Padlófűtés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.1.3.3. Mennyezetfűtés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.1.3.4. Radiátorfűtés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.1.4. Mérési adatok értékelése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.1.5. Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.2. Padló- és mennyezetfűtés hőérzeti vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.2.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.2.2. Sugárzó fűtések dinamikus jellegű üzemeltetésének hőérzeti és energetikai vonatkozásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 3.2.3. Különböző hőmérsékletintervallumok elemzése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.2.4. Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.3. Padló- és mennyezetfűtés szakaszos üzemeltetésének vizsgálata változó légcsereszámok mellett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.3.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.3.2. Anyag és módszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.3.3. Mérések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.3.4. Mérési eredmények kiértékelése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.3.5. Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 4. Épületmechatronika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 4.1. Intelligens terek – intelligens épületek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 4.2. Intelligens épületek kialakításának épületmechatronikai koncepciója . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.3. A helyben termelt energia és az energiahatékonyság . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 4.4. Mérések az intelligens épületben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4.4.1. Mérés és adatgyűjtés folyamata intelligens épületekben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4.4.2. Adattárolás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.4.3. OLAP mint vizualizációs eszköz intelligens épületekben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.5. Esettanulmányok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.5.1. A DEnzero kutatás céljára igénybe vett laborháttér . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.5.2. Intelligens épület felügyeleti és eseménykövetési rendszerének megtervezése LABVIEW környezetben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.5.3. Energetikai felújítások szimulációja épületmechatronikai támogatással – Energy Plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.5.4. OLAP-kimutatások az épületmechatronikai kutatóközpont fűtési hálózatában található hidraulikus váltóról . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

6

Tartalom 4.5.5. Gravitációs áramlású, napelemmel fűtött levegős napkollektor vizsgálata . . . . . . . 152 4.5.6. Z őenergia-tárolás puffertartályban, a tárolóközeg térfogat-változtatása mellett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 5. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata az Észak-Alföld régióban környezetbarát és energiahatékony hasznosítás céljából . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.2. Anyag és módszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 5.2.1. A vizsgált terület és a háztartások bemutatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 5.2.2. Mintavétel és mintaelőkészítés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 5.2.3. Alkalmazott analitikai módszerek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 5.3. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 5.3.1. Kutatások a csapadékvíz-gazdálkodás területén . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 5.3.1.1. Az Észak-Alföld régió csapadékvizeinek mennyiségi viszonyai . . . . . . . . . 173 5.3.1.2. Csapadékvíz-vizsgálatok eredményei és következtetések . . . . . . . . . . . . . . . 174 5.3.1.3. Csapadékvizek hasznosítása egy háztartásban és beruházásértékelés egy csapadékvíz hasznosító rendszerhez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5.3.2. A szürkevizek vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 5.3.2.1. Szürkevízminták mennyiségi viszonyainak vizsgálata az Észak-Alföld régióban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 5.3.2.2. Szürkevízminták minőségének vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 5.3.2.3. Tárolás hatása a szürkevízminták minőségére . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 5.3.2.4. Szürkevízminták kezelése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 5.4. Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6. A biomassza és a földhő energetikai felhasználásának környezeti hatásai . . . . . . . . . . . . . 203 6.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6.2. Célkitűzések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 6.3. A szilárd biomassza égetésével kapcsolatos környezeti hatások vizsgálata . . . . . . . . . . . . 207 6.3.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 6.3.2. A vizsgált helyszínek bemutatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 6.3.3. A szén-dioxid-kibocsátás számításának menete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.3.3.1. Fafűtés esetében . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.3.3.2. Földgázfűtés esetében . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 6.3.4. A vizsgált háztartások tűzifafogyasztása és CO2-emissziója egy év alatt . . . . . . . . 210 6.3.5. A fa- és gázfűtéses háztartások CO2-kibocsátásának összehasonlítása . . . . . . . . . . 212 6.4. Biogáz-kiserőművek környezeti hatása szénlábnyomszámítással . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 6.4.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 6.4.2. A tiszaszentimrei biogázerőmű szénlábnyomszámításának módszere . . . . . . . . . . 216 6.4.3. A tiszaszentimrei biogázerőmű szénlábnyomszámításának eredményei . . . . . . . . 217 6.5. Hőszondás hőszivattyús rendszerek kiépítésének és használatának környezeti hatásai és azok csökkentési lehetőségei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 6.5.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 6.5.2. A hőszondás hőszivattyús rendszerek használatának legfontosabb környezeti hatásai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 6.5.3. A hőkivétel hatása a felszín alatti térrész hőmérsékletére . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 6.5.4. A környezeti hatások csökkentésének lehetőségei bivalens rendszerekben . . . . . . 226 6.5.5. Összegzés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

7

Tartalom 6.6. Épületgeometriai adatok kinyerése LIDAR pontfelhőből . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 6.6.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 6.6.2. Szakirodalmi előzmények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 6.6.3. Anyag és módszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 6.6.4. Eredmények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 6.6.5. Összefoglalás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 7. Biogenerációs növények kutatása a Debreceni Egyetemen és a magyar agrár-biotechnológiai innováció néhány kitörési pontja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 7.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 7.2. A zöldiparok növényi szaporítóanyaga: mag legyen vagy klón? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 7.3. A biogenerációs növények fogalma és jelentősége . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 7.4. Bioinnovációs prioritások – a jövő biogenerációs energianövényei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 7.4.1. A fenntarthatóság követelményei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 7.4.2. A bioipari farmokkal szemben támasztható követelmények . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 7.5. Új sejtbiológiai eszközök – a bioipari farmok létrehozásának lehetősége növényi őssejtekből . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 7.5.1. Mag-analóg mesterséges mag kutatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 7.5.2. Burok nélkül is csírázó szomatikus embriók kutatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 7.6. Komplex és biztonságos molekuláris biológiai eszközök az új növénynemesítési korszakban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 7.7. Bioipari farmok kialakulása és a biofinomítók . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 7.7.1. Cellulóz bioipari farm (CBF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 7.7.2. Alga bioipari farm (ABF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 7.7.3. Hazai biofinomító példa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 7.7.4. Nemzetközi biofinomító példa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 7.8. Agrárinnovációs prioritások a biogenerációs növények és a biofinomítók korában . . . . 256 7.8.1. A nitrogén kérdés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 7.8.2. A víz kérdése és a szennyezett talajok remediációja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 7.8.3. A fehérje kérdés – zöld fehérjemalmok (Prote-O-Mill program) . . . . . . . . . . . . . . . 259 7.8.4. A szén-dioxid kérdés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 7.9. Javaslat: Országos Biomassza Kutatási-Fejlesztési Bizottság (OBKFB) létrehozása . . . . . 261 7.9.1. Biomass Research and Development Board (BRDR – USA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Köszönetnyilvánítás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 8. A közel nulla energiaigényű épületek követelményei – elméleti és gyakorlati elemzés, javaslatok hazánk számára . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 8.1. EU-követelmények – irányelvek: Directives – a közel zéró (NZEB) energiaigényű épületekre vonatkozóan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 8.1.1. NZEB-értelmezések, definíciók az egyes tagállamokban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 8.1.1.1. Bulgária . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 8.1.1.2. Dánia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 8.1.1.3. Egyesült Királyság . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 8.1.1.4. Hollandia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 8.1.1.5. Németország . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 8.1.1.6. Szlovákia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 8.1.2. A hazai NZEB-értelmezés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 8.1.3. Egyéb NZEB-értelmezések, tudományos megközelítések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

8

Tartalom 8.1.4. Egyes tagállamokban alkalmazott NZEB-stratégiák és szakpolitikai intézkedések; „best practices” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 8.1.4.1. Németország – Energiekonzept 2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 8.1.4.2. Dánia – Energistrategi 2050 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 8.1.4.3. Ausztria – Energiestrategie Österreich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 8.2. Magyarországi helyzet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 8.2.1. Stratégiai célok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 8.2.1.1. Nemzeti Energiastratégia 2030 (2050) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 8.2.1.2. II. Nemzeti Energiahatékonysági Cselekvési Terv (NEHCsT) (2016) . . . . . 283 8.2.1.3. Nemzeti Épületenergetikai Stratégia (NÉeS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 8.2.2. Jelenlegi helyzet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 8.2.3. Jogszabályi környezet: épületenergetikai előírások, készülő NZEB-szabályozás . 289 8.2.3.1. 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 8.2.3.2. 176/2008. (VI. 30.) Korm. rendelet az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 8.2.3.3. A 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet módosítása: tervezet . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 8.2.4. Támogatások az épületek energetikai célú felújítására . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 8.2.4.1. Beruházási támogatások . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 8.2.4.2. Kedvezményes hitellehetőségek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 8.2.4.3. Tervek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 8.3. Konklúzió, javaslatok hazánk számára . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 9. Energiahatékonyság – költséghatékonyság . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 9.1. Megújulóenergia-felhasználás, kutatás-fejlesztés, GDP és az energiaadó kapcsolatának a vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 9.1.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 9.1.2. A megújulóenergia-felhasználás a bruttó energiafelhasználáson belül, az implicit adókulcs és a kutatásra-fejlesztésre fordított kiadások alakulása 2004 és 2012 között . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 9.2. A villamosenergia-fogyasztás, a villamos energia ára és a GDP időbeli változása . . . . . . 304 9.2.1. A nettó villamosenergia-fogyasztás és a GDP nagyságának időbeli változása . . . . 305 9.3. A tartóvektor-gép módszer alkalmazása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 9.3.1. Regresszió a tartóvektor-gép módszerrel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 9.3.2. A megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolata a kutatási-fejlesztési kiadásokkal és az energiaadóval . . . . . . . . . . . . . . . 312 9.3.3. A megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolata az egy főre eső GDP-vel, a GDP-ből kutatásra-fejlesztésre költött résszel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 9.3.4. A villamosenergia-fogyasztás kapcsolata az egy főre eső GDP-vel és a villamos energia árával . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 9.4. Költségoptimalizálás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 9.4.1. A költségoptimalizálási módszer bemutatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 9.4.2. Költségoptimalizálás, majdnem nulla energiával működő épületek és a hosszú távú éghajlat- és energiapolitikai célok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 9.4.3. Uniós követelmények – magyar törekvések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 9.4.4. Egy általános iskola rekonstrukciója – esettanulmány . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

9

Tartalom 10. Adalékok egy fenntartható energiarendszer jogi kereteinek értékeléséhez . . . . . . . . . . . . 337 10.1. A kutatási téma lehatárolása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 10.2. Fenntarthatóság – vizsgálati szempont és mérce az energetikai szabályozásban . . . . 338 10.3. Fenntartható energiapolitika a nemzetközi jogban? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 10.4. A „környezeti energiajogot” illető európai uniós szabályozás tendenciáiról dióhéjban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 10.5. A megújuló energiák támogatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 10.5.1. Az uniós keretek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 10.5.2. A megújulók támogatása a tagállamokban – a kötelező átvételi rendszer . . . . 346 10.6. Az új energiahatékonysági irányelvről . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 10.7. Az épületek energiahatékonyságára vonatkozó uniós szabályozásról . . . . . . . . . . . . . . . 351 10.8. Az Európai Unió közúti közlekedésre vonatkozó energiahatékonysági és energiatakarékossági szabályozásáról . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 10.9. Az atomenergia szerepéről . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 10.9.1. Az energiapolitikai döntések eljárásjogi legitimációja – kritikai megjegyzések a Paksi Atomerőmű bővítése kapcsán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 10.9.2. Kitekintés – környezetvédelem a német nukleáris jogban . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 10.9.3. Felhagyás az atomenergiával – a német szabályozás tanulságai . . . . . . . . . . . . . 360 10.10. Kibocsátási kvótakereskedelem (EU ETS) a nemzeti jogban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 10.11. A CO2 földfelszín alatti tárolásának egyes kérdései . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 10.12. Zárógondolatok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 11. Az energiatakarékos építkezésekkel kapcsolatos társadalmi kérdések . . . . . . . . . . . . . . . . 371 11.1. Bevezetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 11.2. A passzív házak sajátosságai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 11.3. Az önkormányzatok energiahatékonysággal kapcsolatos tevékenysége . . . . . . . . . . . . . 379 11.3.1. A helyi önkormányzatok és az energiahatékonyság . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 11.3.2. Települési stratégiák és fejlesztési elképzelések . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 11.3.3. Települési vezetők véleménye . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 11.3.4. Esettanulmányok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 11.3.4.1. Wildpoldsriedi települési megújulóenergia-termelő rendszer . . . . . . . 383 11.3.4.2. A dögei önkormányzati mintagazdaság megújulóenergia-elemei . . . 385 11.3.4.3. A Gyulaházi Önkormányzat intézményeinek megújuló energetikai rendszere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 11.3.4.4. Kisteleki települési geotermikus rendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 11.3.4.5. Mórahalmi geotermikus kaszkádrendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 11.3.4.6. Hódmezővásárhelyi integrált hőhasznosítást megvalósító geotermikus közműrendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 11.3.4.7. Újszilvás kombinált települési megújulóenergia-ellátó rendszere . . . . 389 11.4. A lakosság és az energiatudatosság . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 11.4.1. A lakossági attitűd vizsgálatának szempontjai, módszertani lehetőségei . . . . . 391 11.4.2. A vizsgált terület energetikai adottságainak bemutatása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 11.4.3. A kutatás módszertana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 11.4.4. A felmérés eredményei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 11.5. Összegzés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 Irodalom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

10

Előszó

Az energiamegtakarítás, az energiafüggetlenség és az energiabiztonság megteremtése napjaink egyik alapvető célkitűzése az Európai Unió országaiban. A megújuló energiaforrások racionális alkalmazása, optimális integrálása a meglévő energetikai rendszerekbe nagymértékben hozzájárulhat a célkitűzés eléréséhez. Magyarország kiemelkedő lehetőségekkel rendelkezik a megújuló energiaforrások tekintetében, azonban ezeknek hatékony kiaknázása számos különböző jellegű (energetikai, környezeti, gazdasági, társadalmi, jogi stb.) kérdést vet fel. A „Fenntartható energetika megújuló energiaforrások optimális integrálásával” című projekt keretében működő 11 munkacsoport munkájának eredményeként készült ez a szakkönyv, mely reményeink szerint hasznos és a gyakorlatban alkalmazható válaszokat ad a fenntartható energetikával kapcsolatos kérdésekre úgy a kutatók, mint az oktatók és szakmagyakorlók számára. Meggyőződésünk, hogy a kutatások eredményei, mint kérdésekre kapott válaszok, újabb kérdéseket és kutatásokat generálnak, így egyre közelebb kerülhetünk a környezetbarát, fenntartható és gazdaságos energiaellátás eléréséhez. Debrecen, 2014. május 30. Dr. Csomós György projektmenedzser

Dr. Kalmár Ferenc szakmai vezető

11

A kötet szerzői

Antal Gabriella (7. fejezet) Balla Tibor (9. fejezet) Bánóczy Emese (4.5.3. alfejezet) Dr. Bányai Orsolya (10. fejezet) Dr. Bitelli, Gabriele (1.11. alfejezet) Dr. Bodnár Ildikó (5. fejezet) Dr. Boros Norbert (5. fejezet) Dr. Brumaru, Mariana (1.10. alfejezet) Buday Tamás (6. fejezet) Dr. Bulla Miklós (8. fejezet) Csernusné Ádámkó Éva (4.5.4. alfejezet) Dr. Coren, Franco (1.12. alfejezet) Dr. Csoknyai István (1.9. alfejezet) Dr. Csoknyai Tamás (1.9., 1.13. alfejezet) Domokosné Szabolcsy Éva (7. fejezet) Dr. Fazekas István (6. fejezet) Dr. Fári Miklós Gábor (7. fejezet) Fehérné Baranyai Edina (5. fejezet) Dr. Fodor László (10. fejezet) Fórián Sándor (5. fejezet) Halczman Attila (9. fejezet) Hrabovszky-Horváth Sára (1.2. alfejezet) Dr. Husi Géza (4.1., 4.2., 4.3., 4.4., 4.4.1., 4.4.2., 4.4.3., 4.5., 4.5.1., 4.5.2. alfejezet) Izbékiné Szabolcsik Andrea (5. fejezet) Dr. Jolánkai Géza Dr. Kalmár Tünde Kassai-Szoó Dominika Keczánné Dr. Üveges Andrea Dr. Kerényi Attila Kocsis Dénes

12

(5. fejezet) (3. fejezet) (1.13. alfejezet) (5. fejezet) (6. fejezet) (5. fejezet)

Dr. Kocsis Imre (9. fejezet) Dr. Kozma Gábor (11. fejezet) Dr. Kulcsár Balázs (11. fejezet) Kurucz Erika (7. fejezet) László Elemér (2. fejezet) Lázár István (2. fejezet) Dr. Matkó Andrea Emese (9. fejezet) Dr. Molnár Ernő (11. fejezet) Paládi Mónika (6. fejezet) Dr. Pálvölgyi Tamás (1.5. alfejezet) Dr. Pénzes János (11. fejezet) Piros Sándor (4.5.6. alfejezet) Dr. Rabenseifer, Roman (1.3. alfejezet) Dr. Radics Zsolt (11. fejezet) Severnyák Krisztina (1.4. alfejezet) Dr. Szabó Gergely (6. fejezet) Dr. Szabó György (6. fejezet) Dr. Szabó Szilárd (6. fejezet) Dr. Szalay Zsuzsa (1.1., 1.14. alfejezet) Dr. Szász Csaba (4.5.2. alfejezet) Dr. Szegedi Sándor (2. fejezet) Dr. Szemes Péter Tamás (4.5.1., 4.5.3., 4.5.4. alfejezet) Szkordilisz Flóra (1.7. alfejezet) Dr. Szűcs Edit (9. fejezet) Talamon Attila (1.8., 1.13. alfejezet) Dr. T. Kiss Judit (9. fejezet) Dr. Teperics Károly (11. fejezet) Dr. Tóth Tamás (2. fejezet) Tóth Tamás (8. fejezet) Varga Emil (9. fejezet) Vitéz Attila (4.5.5. alfejezet) Dr. Zöld András (1.6., 1.14. alfejezet)

1. A közel nulla energiafelhasználású épületek és városok felé

1.1. Közel nulla energiafelhasználású új épületek életciklus-elemzése A közel nulla energiafelhasználású épületek követelményrendszere bevezetésének közeledtével újabb és újabb kérdések kerülnek előtérbe. Ilyen az új épületek létesítésének és a meglévő épületek felújításának környezeti szempontú értékelése, melynek eszköze az életciklus-elemzés. Az épületek ugyanis nemcsak az üzemeltetéshez (fűtés, melegvíz-készítés stb.) igényelnek energiát, hanem az építőanyagok kibányászása, kitermelése, gyártása, majd a szállítás és a beépítés is jelentős erőforrás-igényű, illetve ehhez kötődően magas a szennyező anyagok kibocsátása is. Az épület várhatóan igen hosszú élettartama alatt ráadásul kisebb-nagyobb javításokra, karbantartásra, és egyes szerkezeti és épületgépészeti elemek cseréjére is szükség van. A hasznos élettartam végén pedig az épületet lebontják, az építőanyagokat deponálják, energetikailag hasznosítják vagy valamilyen módon újrahasznosítják. A kutatások szerint az alacsony fűtési energiaigényű épületekben az építés és felújítás szakaszainak jelentősége megnő az üzemeltetési szakaszhoz képest, így egyre fontosabbá válik, hogy milyen építőanyagokból és hogyan építkezünk. Az európai épületenergetikai direktíva [1.1] értelmében 2020 után csak közel nulla energiaigényű épületek építhetőek az EU-tagállamokban. Kutatásaink egyik célja a közel nulla energiaigényű épületek környezeti szempontú vizsgálata és a kedvező épületszerkezeti és épületgépészeti rendszerek kiválasztása volt. Közel nulla energiaigényű családi házakat vizsgálva megállapítottuk, hogy csupán építészeti eszközökkel (tájolás, üvegezési arány, kompaktság) mintegy 25%-kal lehet befolyásolni a fokozott hőszigetelésű épületek primerenergia-igényét. Ennél is nagyobb mértékű csökkenés érhető el megújuló energiaforrások alkalmazásával [1.2]. Különböző épületgépészeti kombinációkat elemeztünk a 30 évre vetített életciklusköltség (globális költség), illetve az életciklushoz kötődő környezeti terhelés (globális felmelegedés, savasodás) szempontjából. A környezeti adatok az ecoinvent 2.0 adatbázis Magyarországra adaptált változatából származtak. A legalacsonyabb értékeket a faelgázosító kazán és a használatimelegvíz-ellátást támogató napkollektoros rendszer esetén értük el minden vizsgált indikátor kategóriában (1.1. és 1.2. ábra). A csak fosszilis energiát használó kondenzációs gázkazános rendszer költség szempontjából a középmezőnyben helyezkedett el, de ehhez kapcsolódott a legmagasabb környezetterhelés. Ez a rendszer önmagában nem is teljesíti a közel nulla energiafelhasználású épületekre vonatkozó követelményt. A magas hatásfokú hővisszanyerővel ellátott gépi szellőzés ugyan jelentősen csökkentette a nettó fűtési energiaigényt, globális költség szempontjából mégsem bizonyult kedvezőnek a ma13


gas beruházási költségek miatt. Ugyanakkor az ilyen rendszerek alkalmazása légtömör épületek esetén állagvédelem és komfort szempontjából javasolandó. A meleg vizet előállító napkollektorok éppen megtérülő beruházásnak bizonyultak költségek szempontjából. A környezeti hatásokat vizsgálva viszont mind a hővisszanyerős, mind a napkollektoros rendszer kedvezően szerepelt. A vizsgálatok megmutatták, hogy a költség és a környezeti hatás között diszkrepancia van: közel nulla energiaigényű családi házak esetén a 30 évre vetített költséget tekintve a beruházás a legjelentősebb tétel, míg az energiaköltség csak 6–15% körül van. A környezetterhelést tekintve azonban az üzemeltetéshez kötődő kibocsátások a legtöbb verzióban meghaladták a létesítéssel járó kibocsátásokat. A kutatás másik része az egyes épületszerkezetekre vonatkozó optimális hőszigetelési vastagságok meghatározását célozta [1.3]. Ehhez egy mintaépület több épületszerkezetén a különböző anyagú hőszigetelésekkel elérhető energiamegtakarítás és a beépített energia (illetve szennyezőanyag-kibocsátás és költségek) arányát vizsgáltuk. Igazoltuk, hogy a padlásfödém hőszigetelése környezeti és költség szempontból is a leggyorsabban megtérülő beruházás. Az adott családi házban a vizsgált tartományban falak esetén kb. 15 cm, padlásfödém esetén kb. 12 cm hőszigetelés-vastagság bizonyult optimálisnak a globális költség szempontjából a mesterséges anyagokra. Természetes anyagok alkalmazása esetén nagyobb vastagságok is költséghatékonyak (kb. 50 cm szalmabála falhőszigetelés és 20 cm cellulóz padlásfödém-szigetelés). Kumulatív energiaigény és globális felmelegedés szempontjából a vizsgált tartományban nem találtunk optimum pontot, azaz a nagyobb vastagságok alkalmazása is megtérült, de hosszabb idő alatt. Savasodás szempontjából az optimális vastagság 25 cm volt falak és 15 cm födémek esetén a mesterséges hőszigetelő anyagoknál.

Nem megújuló kumulatív energiaigény (MJ)

3 000 000 2 500 000 2 000 000 1 500 000 1 000 000 500 000 0 Létesítés, épület

1.

2.

3.

4.

Létesítés, épületgépészet

5.

6.

7.

Csere, épületgépészet

8.

Üzemeltetés

ábra. Kétszintes ház 30 évre szell.; vetített nem megújuló 1. 1.1. kond. kazán; 2. kondcsaládi + hővisszanyerős 3. kond + napkoll.;kumulatív 4. kond. +energiaigénye szell. + napkoll.; különböző rendszerek esetén (MJ) 8. hőszivattyú, talaj; 5. faelgázosító + szell.; 6. faelgáz.épületgépészeti + napkoll.; 7. falegáz. + szell. + napkoll.; 9. hőszivattyú + szell.

14

9.

1.2. Életciklus-elemzés új épületekre és mélyfelújításokra 50 000 000 45 000 000

Globális költség (HUF)

40 000 000 35 000 000 30 000 000 25 000 000 20 000 000 15 000 000 10 000 000 5 000 000 0

1.

Létesítés, épület

2.

3.

4.

Létesítés, épületgépészet

5.

6.

7.

8.

Csere, épületgépészet

9.

Energiaköltség

1. kond. kazán; 2. kond + hővisszanyerős szell.; 3. kond + napkoll.; 4. kond. + szell. + napkoll.; 5. faelgázosító + szell.; 6. faelgáz. + napkoll.; 7. falegáz. + szell. + napkoll.; 8. hőszivattyú, talaj; 9. hőszivattyú + szell. 1.2. ábra. Kétszintes családi ház 30 évre vetített globális költsége különböző épületgépészeti rendszerek esetén (HUF)

1.2. Életciklus-elemzés új épületekre és mélyfelújításokra A kutatás során a hazai meglévő épületállomány jelentős részét alkotó panelos épületeink felújításával elérhető környezetterhelés csökkentési lehetőségeket tárjuk fel az előttünk álló száz éves időtávlatban. A kidolgozott módszertan életciklus-elemzésen alapul, mely leltárba foglalja az épület teljes élettartama során keletkező környezetterhelést. Meglévő épületeink esetében a felújítás több lehetséges variációjára, illetve az esetleges azonnali bontási és új épület építési lehetőségekre elvégzett életciklus-elemzéssel az egyes szcenáriók környezetterhelése összehasonlítható, s az életciklusfázisok jelentősége értékelhető. Feltételezésünk szerint a felújítás eredményeként – elsősorban az utólagos homlokzati hőszigetelésnek köszönhetően – a panelépület élettartama mintegy 20%-kal meghosszabbodik. A kutatás során vizsgált fontosabb indikátorok: globális felmelegedési potenciál, savasodás, ózonréteg bomlása, eutrofizáció, valamint a kumulatív energiaigény [1.4]. Az elérhető statisztikai adatok segítségével összeállítottuk a hazai vasbeton szendvicspaneles épületállomány tipológiáját: azok kora, építészeti kialakítása és műszaki jellemzői stb. alapján összesen 11 alaptípust határoztunk meg. Az egyes típusok vizs15


gálata után az egész épületállomány mitigációs potenciálja megbecsülhetővé válik. A kidolgozott módszertan illusztrálására kiválasztottuk az 1965–1975 között épült budapesti kelenföldi lakótelepet. Az életciklus-elemzés során elvégzett normalizációs számítások segítségével kiderült, hogy a paneles épületek esetében a legjelentősebb hatáskategória a CO2-ekvivalens mértékegységben kifejezett globális felmelegedési potenciál, és jelentősnek bizonyult továbbá a savasodási potenciál. Az alábbiakban ismertetett példán keresztül szemléltetjük a típusépületek globális felmelegedésért felelős kibocsátásait, az idő függvényében: a grafikon kezdőpontja a döntési időpont, azaz meglévő, hozzávetőlegesen 40 éves ’Kf10’ típusú panelépület. (1.3. ábra). Az első néhány év során a felújítás elmaradása, azaz az eredeti állapot fenntartása okozza a legalacsonyabb károsanyag-kibocsátást, de ezek után egészen a felújított épület meghosszabbodott élettartamának a végéig, azaz a napjainktól körülbelül 60 éves távlatra tekintve a paneles épület mélyfelújítása válik a leginkább optimális megoldássá. Ezen időpontban – kutatási feltételezésünk alapján – az épületet lebontják és új, alacsony energiafelhasználású épület készül. A „felújítás 4” szcenárió lépései: a határoló szerkezetek nagyfokú hőszigetelése és az ablakok cseréje, épületgépészeti felújítással, valamint napkollektorok és hővisszanyerő szellőzés elhelyezésével kiegészítve.

Globális felmelegedési potenciál (CO2eq/kg, m2)

ezer 3,5

eredeti (NR) felújítás 1 (R1) felújítás 2 (R2) felújítás 3 (R3) felújítás 4 (R4) új épület 1 (NB1) új épület 2 (NB2)

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

0

20

40

60 Idő (év)

80

100

120

1.3. ábra. A „Kf10” jelű panelos épület globális felmelegedési potenciálja (CO2-eq/kg, m2)

Az ózonréteg károsítása szempontjából hasonló tendenciákat figyeltünk meg, mivel ezen indikátorok tekintetében az épület használati fázisa során bekövetkező kibocsátás a legjelentősebb. Ezzel szemben a savasodási, valamint az eutrofizációs környezetterhelés tekintetében az építőanyagok gyártása, valamint az épületek építése számottevő, ezáltal szintén az épület felújítása jár alacsonyabb környezetterheléssel. 16

1.2. Életciklus-elemzés új épületekre és mélyfelújításokra

A Kelenföldi lakótelepen összesen 37 panelos épület található, a korábbiakban meghatározott 5 eltérő alaptípusból. Az egyes épületek eredményeit összesítve az egész terület energia- valamint károsanyag-kibocsátási potenciálja számítható. A módszerünk alapján – az egyes szcenáriókhoz feltételezett eltérő élettartamok miatt – az eredmény az idő függvényében változik, ezért a vizsgálatot 3 időpontra végeztük el: 2020-ban, azaz 5 évvel a döntési időpont után, majd 2060-ban és 2090-ben. 2020

600

építés felújítás használat karbantartás bontás

500 400 300 200 100 0

E

F1

F2

F3

F4

U1

U2

2060

1750

építés felújítás használat karbantartás bontás

1500 1250 1000 750 500 250 0

E

F1

F2

F3

F4

U1

U2

NR – eredeti, R – felújítás, NB – új épület szcenáriók 1.4. és 1.5. ábra. A Kelenföldi lakótelep vizsgált szcenárióinak kumulált globális felmelegedési potenciálja 2015 és 2020, illetve 2060 között (átlagos kg CO2-eq/m2)

17


A döntési időpont után 5 évvel, 2020-ban a felújítási szcenáriókkal 27–32% kumulált GWP-csökkenést tapasztalunk a „nincs felújítás” esethez képest, míg az új építésű szcenáriók jelentős, mintegy 75–79%-os kibocsátást növekedést okoznak (1.4. ábra). Ahogy haladunk az időben tovább, az „új épület” szcenáriók hangsúlya csökken, és a legjelentősebb kibocsátást az eredeti állapotban hagyott, ezáltal magas energiafelhasználású panelos épület okozza (1.5. ábra). Még hosszabb távra tekintve, a harmadik időpontban is a lakótelep épületeinek mélyfelújítása, azaz a közel nulla energiafelhasználás szintjére emelt panelos épület bizonyul a legjobb döntésnek környezetvédelmi szempontból. Összesítve a lakótelepen található épületek eredményeit, azt tapasztaljuk, hogy amennyiben mind a 37 épület mélyfelújítását elvégezzük, 2060-ra mintegy 33%-os globális felmelegedésipotenciál-csökkenést érhetünk el (az eredeti állapotban hagyott épülethez képest). Azonban fontos megjegyezni, hogy ennél hosszabb távon a számításainkban egyre magasabb fokú a bizonytalanság, hiszen nehéz feladat megjósolni a jövőben várható energetikai előírásokat, az energiahordozók összetételét, valamint a technológiákat és az alkalmazott anyagokat.

1.3. Épületek környezeti szempontú értékelő rendszere Jelenleg kizárólag az épületek üzemeltetésének energiahatékonysága van előtérben, mely az épületburok fokozott hőszigeteléséhez és alternatív (általában decentralizált) megújuló energiaforrások használatához vezet. Ez a trend alapjaiban helyes, mivel a jó hőszigetelésű épületburok az energiahatékony használat előfeltétele, függetlenül attól, hogy az energia hagyományos vagy megújuló forrásból származik. A hőszigetelés 70.00

CO2-ekvivalens emisszió

60.00

Üzemeltetésbőlszármazó emisszió Üzemeltetésbőlszármazó emisszió Beépített energiához köthető emisszió Beépített energiához köthető emisszió

50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Idő (év)

1.6. ábra. A beépített CO2-egyenérték-kibocsátás (GWP) (pontozott vonal) és az üzemeltetés során keletkező CO2-kibocsátások (folytonos vonal) közötti összefüggés egy téglafalas családi ház példáján kétféle átlagos U-értékre (0,41 W/m2K és 0,28 W/m2K)

18

1.4. Költségoptimum és rezsicsökkentés

vastagságának növelése és az átlagos U-érték javítása azonban csak bizonyos mértékig hatásos. Az eddigi erőfeszítések ellenére nem áll rendelkezésre olyan általános képlet, amely megadná a hőszigetelés vastagsági korlátját az energiamegtakarításhoz viszonyítva. Ráadásul az épületburokra vonatkozó hatályos szabályozások a legtöbb EUtagállamban már most is olyan szigorúak, hogy az U-értékek további javítása már nem eredményez jelentős energiamegtakarítást. Ha az épület átlagos U-értéke alacsonyabb, a beépített energia és az ehhez kötődő üvegházhatású gázok megtérülési ideje mindenképpen megnő (1.6. ábra). Ez a helyzet ugyan kedvező, de nem szabad ezt a beépítéshez kötődő üvegházhatású gázok különösen nagymértékű kibocsátása árán elérni. Ezért célszerűnek tűnik egy olyan, az épületek környezeti minőségét értékelő rendszer bevezetése, amely az építőanyagok gyártására és beépítésére vonatkozó GWP (globális felmelegedési potenciál) / PEI (primerenergia-igény) kategóriákra is megad határértékeket. A határértékek az épület geometriáján alapulhatnak, és a struktúra hasonló lehet az energiatanúsítvány szerinti osztályokba soroláshoz. Egy „környezeti” épületkategória két részből áll: az üzemeltetési besorolásból (az energiatanúsítvány alapján) és a beépített energián alapuló besorolásból. A „környezeti” épületkategória vagy magas energiahatékonysággal és/vagy kedvező beépített GWP-/ PEI-értékekkel érhető el. Egy ilyesfajta környezeti tanúsítvány bevezetéséhez két előfeltétel kielégítése szükséges: ◆ Megbízható, ingyenesen elérhető és rendszeresen frissített nemzeti GWP- és PEI-adatbázis, mely tartalmazza az egyes építőanyagok, termékek és technológiai folyamatok adatait. ◆ A beépített és az üzemeltetési energia összefüggésére vonatkozó kutatások. Ennek eredményeképpen Európa-szerte bevezethető lehetne egy, az energiatanúsítványhoz hasonló épületekre vonatkozó egyszerűsített környezeti szempontú értékelő rendszer.

1.4. Költségoptimum és rezsicsökkentés A költségoptimalizációról szóló vizsgálatok szerint a magyarországi épületenergetikai követelményértékek jelentősen elmaradnak az optimális szinttől. Ebből adódóan szükség lenne a követelményértékek szigorítására, melyet már 2011-ben be kellett volna vezetnünk. Az energiaárak csökkentésével az optimálisnak megállapított követelmény szintek megváltoztak, nem igénylik a szigorúbb változtatást. Ez által azonban az energiafelhasználásunk és CO2-kibocsátásunk sem csökkent, mely elősegítené a 2020-ra tett vállalásaink megvalósítását. Az energiahordozók valódi árának ignorálásával a valóban energiatakarékos épületek megvalósítása látszólag egyre kevésbé térül meg, miközben az energiatudatosság az intézkedéseknek köszönhetően egyre jobban csökken. 2006 óta Magyarországon is alkalmaznunk kell az Európai Unió energiahatékonyságával kapcsolatos előírásokat. A szabályozás megköveteli tőlünk, és az ös�19


szes többi tagországtól is, hogy a CO2-kibocsátás csökkentése érdekében vállalásokat tegyünk a fosszilisenergia-felhasználás csökkentése és a megújulóenergia-használat növelése terén. A tagállamokra érvényes előírások ötévente módosulnak, kiegészülnek. 2012-ben vizsgálnunk kellett az épületek és épületelemek energiahatékonyságára vonatkozó minimum követelmények költségoptimalizált szintjét [1.5], mely tanulmányt a Belügyminisztérium megbízásából az Energiaklub készítette el [1.6]. A vizsgálat során azt kellett kideríteni, hogy vajon gazdaságosan építjük és újítjuk-e fel épületeinket. A számítások során kizárólag költség szempontjából elemeztük az új építésű és a már meglévő épületek különböző felújítási változatainak energiafelhasználását és károsanyag-kibocsátását. Hazánk lakóépület állományát kilenc típusépület alapján, közel 150 valós felújítási változat és azok 30 éves működési költsége alapján vizsgáltuk, majd határoztuk meg a költségoptimumokat. A költségoptimális felújításokhoz tartozó követelményértékek minden esetben szigorúbb elvárásokat mutattak mind szerkezet elemi, mind épület szinten a jelenleg érvényben lévő követelményértékeknél. Az uniós elvárások szerint a költségoptimális szinthez szükséges igazítani a tagállamok energetikai követelményeit. A 2012-ben elkészített számításokat a tagországok azonos módszertan mellett, de különböző változó értékekkel készítették. Tagországi sajátosságnak tekinthetők az energiahordozók ára, mely a 30 éves vizsgálati időszak miatt jelentősen befolyásolja a végeredményt. A REKK 2013 első negyedévben kiadott tanulmánya [1.7] szerint a magyarországi energiaárak nem voltak magasak európai viszonylatban, a földgáz ára kifejezetten alacsonynak számított. A tanulmány szerint a magyar háztartások éves kiadásaik viszonylatában az EU-átlag felett költenek lakásfenntartásra, ezen kiadások több mint fele jut az energiakiadásokra, mely arány magasnak tekinthető Európában. Feltételezésük szerint a magas rezsiarányt két tényező magyarázhatja: a magas energiaárak és az alacsony háztartási összkiadás értéke. Végkövetkeztetésük alapján az utóbbi eset magyarázza a magasnak tűnő energiakiadásokat. Az Energiaklub Negajoule [1.8] tanulmánya szerint hazánk épületállományának jelentős hányada B30-as vázkerámiából készült „kádár-kocka” jellegű épület, így egyik tipikus példája a családi házainknak. A költségoptimalizálásról szóló, 2013-ban a Belügyminisztérium által a Bizottság számára benyújtott tanulmány Magyarországon ezen tipikusnak mondott épületét megvizsgálva költséghatékonyság és az energiahordozók árának csökkentése szempontjából az alábbiakra jutunk. A szerkezetek egyenkénti, és együttes felújítása, majd a szerkezeti felújítást követően a gépészeti rendszer modernizációja során optimális felújítási változatnak a 2012-es energiaárak alapján az 1.7. ábra 20. felújítási csomagja tekinthető [1.6], mely a szerkezeti felújításoknál a legszigorúbb követelményértékeket és faelgázosító kazán használatát javasolja mint optimális megoldást. Ebben az esetben a felhasznált energiahordozó megújítható energia, így a CO2-kibocsátás is kedvező. 2013-tól hazánkban a lakossági villamos energia ára 25,7%-kal, a gáz ára 26,5%kal, a távhő ára pedig 20%-kal csökkent 2014 első negyedévéig. Ennek hatására a mintaépületen az alacsonyabb rezsiköltség miatt a költségoptimális felújítási szint megvál20

1.4. Költségoptimum és rezsicsökkentés

tozott. Pénzügyi szempontból a legkedvezőbb változat a hatos csomag lett (1.8. ábra), mely tartalma szerint kizárólag az épület hőszigetelését javasolja, a meglévő gázkonvektoros fűtés megtartásával. Globális költség 2 Ft/m 180 000

Globális költség és energiafogyasztás a különböző felújítási változatok szerint az Energiaárak 2 árprognózis figyelembevételével (CSH-3)

160 000 140 000

14

19

•

120 000 100 000 80 000 60 000

15 13 20

•• •

12 11 10 16 9

100

150

•• • • •

17 8 6 75 4

•

3 1

0

••2• •

18

•

• •• •• •

40 000 20 000 0

50

200

250

300

350

400

2

Primer energiafogyasztás (kWh/m a) 1.7. ábra. B30-as családi ház energiafogyasztása és globális költsége különböző felújítási változatok szerint a 2012. évi energiaárak szerint Forrás: Energiaklub

Globális költség 2 Ft/m 180 000

Globális költség és energiafogyasztás a különböző felújítási változatok szerint az Energiaárak 2 árprognózis figyelembevételével (CSH-3)

160 000 140 000

14

•

120 000 100 000

1513 20

•• •

80 000 60 000

17 1211 10 16 9

•• • • •

8

7

•

19

•

321

18

0

••• •

•

4

6 5 •• •• •

40 000 20 000 0

50

100

150

200

250

300

350

400

2

Primer energiafogyasztás (kWh/m a) 1.8. ábra. B30-as családi ház energiafogyasztása és globális költsége különböző felújítási változatok szerint a 2014. első negyedévi energiaárak szerint

21


Az épület energiafogyasztása és CO2-kibocsátása a két felújítás alapján az 1.9. ábra szerint alakul. A 2012-es energiaköltségek alapján a 20. felújítási verzióban az épület tűzifafogyasztása éves szinten jóval alacsonyabb, mint a csak hőszigetelt változat gázfogyasztása. 2013-tól számítva a gáz bekerülési költsége jelentősen csökkent, mely meghatározó befolyással van az épületek üzemeltetési költségére, ezáltal a globális költségre is. Az 1.10. ábra mutatja a vizsgált épület globális költségét alapterületre vetítve, mindkét felújítási verzióban. Megfigyelhető, hogy a gáz árának jelentős csökkentésével a fafűtéses megújulóenergia-használat már nem tartozik az optimális opciók közé, míg a károsanyag-kibocsátása ennek a változatnak töredéke a gázfelhasználású, kevésbé hatékony változatnak. A vizsgálatok alapján elmondható, hogy hazánkban gyakorlati példa mutatja az energiaárak hatását a költségoptimális szint befolyásolására. A központilag meghatározott árakkal a követelményszintet alacsonyan lehet tartani, ez biztosíthatja ezen rendelet számszaki megfelelését az uniós elvárásnak. A kevésbé hatékony beruházásokhoz tartozó alacsonyabb optimális globális költség nem segíti elő az energiahatékonyságot és a károsanyag-kibocsátás csökkenését. Ugyanakkor figyelembe kell venni, hogy elkötelezettségünk szerint nemcsak a költségeket, hanem az energiafelhasználást és a CO2-kibocsátást is mérsékelni szükséges, így ezen célfüggvények együttes vizsgálata adhat megfelelő megoldást a fenntartható szempontú szabályozás megvalósításához. Valószínűsíthető, hogy az ötévente kötelezően elvégzendő költségoptimális vizsgálatok ugrásszerűen szigorúbb feltételeket tesznek majd szükségessé 2017-ben, hiszen a jelenlegi kedvező energiaárakat ilyen hosszú távon nehéz fenntartani. A 2020-ra tett energiahasználattal és CO2-kibocsátással kapcsolatos követelményeket más szektorban szükséges teljesíteni, mivel az épületszektor a jelenlegi követelményekkel valószínűsíthetően nem fogja tudni teljesíteni a rá eső részt. Éves energiafogyasztás 19000

Globális költség és CO2-kibocsátás 0

18500

75081 78347

74444 61645

18000 kWh/a

17500 17000 18 770

16500 16000 15500 15000 14500

270 15 971 20 változat tüzifa

6 változat gáz

áram

1.9. ábra. Az épület energiafogyasztása a két optimálisnak tekinthető változatban

22

2014 2012 globális költség globális költség Ft/m2 Ft/m2 20 változat

100 3810 CO2kibocsátás kg/év

6 változat

1.10. ábra. Az épület globális költsége és CO2-kibocsátásának értéke 2012-ben és 2014-ben

1.5. Megújuló energiaforrások komplex fenntarthatósági értékelése

1.5. Megújuló energiaforrások komplex fenntarthatósági értékelése A megújuló energiaforrások alkalmazásának fenntarthatósága aktuális tudományos és szakpolitikai kérdés. Számos tudományos vizsgálat, gyakorlati eredmény támasztja alá, hogy a különböző megújuló energiaforrások, technológiák és hasznosítási módok eltérő természeti erőforrás-igényekkel és környezeti hatásokkal jellemezhetők, valamint társadalmi-gazdasági hatásaik is számottevően különböznek. Kutatásunk célja annak vizsgálata, hogy a megújuló energiaforrások hazai alkalmazása milyen mértékben járul hozzá a fenntarthatóság felé való átmenethez, továbbá annak feltárása, hogy az egyes technológiai alkalmazások vonatkozásában milyen fenntarthatósági korlátok, kritériumok azonosíthatók. A megújuló energiaforrásokra számos életciklus-elemzés készült, azonban kijelenthető, hogy nem elegendő csupán az életciklus környezeti vonatkozásait vizsgálni, hanem azt ki kell egészíteni a fenntarthatósági szempontokkal is. Az értékelési módszertan kidolgozása során zsinórmértékül a Nemzeti Fenntartható Fejlődési Keretstratégia (NFFS) [1.22] megközelítését választottuk. Első lépésként az NFFS célrendszerének figyelembevételével meghatároztuk a fenntarthatósági értékelés ‒ megújuló energiahordozóktól független ‒ szempontrendszerét: Összességében 40 indikátort vettünk figyelembe. A módszertani fejlesztés második lépésként meghatároztuk az energiagazdálkodás technológiai életciklusának általánosított rendszerét. Ennek keretében az életciklust 12 fázisra bontottuk. A módszertan harmadik lépéseként egy standard hatásmátrixot alkottunk a fenntarthatósági értékelés szempontrendszeréből (40 db indikátor) és az energiagazdálkodás általánosított technológiai életciklusából (12 fázis). Az értékelő mátrix kialakítása és az értékelés elvégzése során a stratégiai környezeti vizsgálatoknál alkalmazott módszertani tapasztalatokra építettünk. A fenntarthatósági teljesítményt a 40 × 12-es mátrix celláira –3 és +3 közötti értékekkel jellemeztük. Végül a negyedik lépésben 6 db fenntarthatósági teljesítmény indexet képeztünk, a következő területekre: 1. Természetierőforrás-igények; 2. Környezetterhelések; 3. Ökoszisztémaszolgáltatás-igények; 4. Humán- (emberi) erőforrások megerősítése; 5. Társadalmi erőforrások megerősítése; 6. Gazdasági erőforrások megerősítése. Esetvizsgálat keretében a tűzifaalapú távhőtermelést és a geotermikus távhőtermelést vetettük össze fenntarthatósági szempontból. Mind a tűzifa-, mind a geotermiaalapú hőtermelés esetében a közel nulla CO2-mérleg mellett a „másik serpenyőben” a fakitermelés természeti aggályai, illetve a használt termálvíz okozta környezeti problémák állnak, de nem hagyhatjuk figyelmen kívül a megújuló energiaforrás értéklánc gazdaságfejlesztési, foglalkoztatási hatásait sem. A megújuló alapú távhőtermelési módokat a Magyarországon legelterjedtebb fűtési és HMV (használati meleg víz) rendszerrel, a gázkonvektor társasházi alkalmazása fűtésmóddal mint „összehasonlítási alapvonallal” vetettük össze (1.11. ábra). Figyelemre méltó, hogy mindkét vizsgált megújuló energiahordozó esetében a természeti erőforrás index valamivel rosszabb értéket ért el a földgáznál, ennek el23


sődleges oka, hogy a tűzifa esetében a fakitermelés, aprítás, szárítás, szállítás terén, míg a geotermia esetében a használt termálvíz visszasajtolása terén nagymértékű fosszilis és villamosenergia energiahordozó-igény azonosítható. Az „Ökoszisztémaszolgáltatások igénybevétele” index esetében kiemelkedő az erdei biomassza távhő célú alkalmazása során jelentkező igénybevétel, mivel az jelentős terület és talaj igénnyel, tájhasználattal és biológiai erőforrás, azaz fa igénybevétellel jár. A „Környezeti terhelések, kibocsátások” index vonatkozásában az értékelés során nem mutatkozott szignifikáns különbség a három vizsgált energiaforrás között. A „Humán- (emberi) erőforrások” indexet vizsgálva arra jutottunk, hogy a geotermikus energia nagymértékben hozzájárul a fenntarthatóság humán pillérének erősítéséhez, elsősorban az energiatudatosságra, szemléletre gyakorolt pozitív hatás, továbbá az oktatással, képzéssel összefüggő lehetőségei révén. A „Társadalmi erőforrások” index mindhárom esetben csekély mértékűnek tekinthető; a tűzifa- és geotermiaalapú távhő a társadalmi erőforrások megerősítéséhez munkahelyteremtő potenciáljával, az energiaszegénység mérséklésével járul hozzá. A „Gazdasági erőforrások” index esetében a tűzifa távhő célú felhasználása azonban jelentősen hozzájárul a gazdasági erőforrások gyarapításához, erőművi oldalon az energiahatékonyság, a felhasználói oldalon az „okos mérők” elterjedése, továbbá a fűtőműben keletkező működési hulladék, azaz a hamu újrahasznosításához kapcsolódó innovációs és kkv-ösztönző tevékenységek révén.

Fenntarthatósági teljesítmény index Természeti erőforrások megőrzése

Társasházi gázkonvektor Tűzifaalapú távhő

Ökoszisztéma-szolgáltatások igénybevétele

Geotermikus távhő

Környezeti terhelések, kibocsátások Hozzájárulás a humánerőforrások megerősítéséhez Hozzájárulás a társadalmi erőforrások megerősítéséhez Hozzájárulás a gazdasági erőforrások megerősítéséhez –15

–10

–5

0

5

10

15

1.11. ábra. Tűzifaalapú és geotermikus távhőtermelés fenntarthatósági értékelése

A bemutatott módszertan megfelelő értékelési keretrendszert biztosít a megújuló energiahordozók többszempontú, komplex fenntarthatósági értékeléséhez. A kidolgozott 6 fenntarthatósági teljesítmény index meghatározásával lehetőség nyílik az előnyök és hátrányok összehasonlító mérlegelésére, amely révén megtalálhatók a vizsgált energiatermelő folyamatok fenntarthatóságának javítási lehetőségei is. A kutatás továbbvitele során valamennyi ‒ Magyarországon széles körben alkalmazott ‒ megújuló energiaforrásra elkészítjük az értékeléseket. 24

1.6. A fotovoltaikus rendszerek és a „közel nulla energia” követelmény

1.6. A fotovoltaikus rendszerek és a „közel nulla energia” követelmény A „közel nulla” követelmény a telekhatáron át importált és a telekhatáron túlra exportált primer energia különbségére vonatkozik. Az export a mai gyakorlatban szinte kizárólag a fotovoltaikus rendszerek által megtermelt elektromos energia átadását jelenti az országos hálózat számára. Az exporton kívül a fotovoltaikus rendszerek jelentős szerepet játszhatnak abban is, hogy az épület saját energiaigényének kielégítésében a megújuló források részesedése az elvárt szintű legyen. A kisszámú szigetüzemű rendszertől eltekintve a fotovoltaikus rendszerek hálózatra kötöttek, így az épület saját igényeinek és az energiaimport export általi ellentételezésében egyaránt ígéretesek – a reális lehetőségek mérlegeléséhez azonban figyelembe kell venni néhány olyan tényt is, amelyek a lehetőségeket korlátozzák. Az egyik tényező az, hogy műszaki vagy adminisztratív korlátok miatt az országos hálózat milyen mértékben hajlandó a telekhatáron belül termelt energia átvételére, illetve az átvett energiának az épület energiamérlegében történő jóváírására. Az utóbbit illetően néhány uniós tagország szabályozásában az a tendencia észlelhető, hogy az átvett energiából csak annyit írnak jóvá, amely az épület saját fogyasztásával megegyező, ráadásul ezt nem az éves export-import mérleg alapján, hanem havi mérlegek alapján veszik figyelembe. Ez a sugárzási energiahozam és az épület igényeinek szezonálisan ellentétes változása miatt természetesen komolyan korlátozza az elszámolásban megjelenő primerenergia-igényt és a megújuló források részesedését. A hazai szabályozást illetően kérdés, hogy a jövőben követni fogja-e az említett tendenciát – a szabályozásra vonatkozó javaslatokban [1.9] a teljes export elszámolása szerepel az éves mérleg alapján. Műszaki jellegű kérdés az, hogy a telekhatáron belül – szűkebben magán az épületen – hol és mennyi jól benapozott felületet találunk, ahol energiagyűjtő elemeket – kollektorokat, fotovoltaikus mezőket – helyezhetünk el. Sűrű városias beépítés esetén a homlokzatok benapozása kérdéses. Magas tetők esetében a tetőidom, a tetőidom egyes részeinek tájolása, dőlése egyértelműen meghatározzák az elhelyezhető energiagyűjtő felületek méretét, tájolását és dőlését, hiszen ezek normál esetben a tetőidomot követik és az egyes elemek egymás benapozását nem zavarják. Lapos tetőkön az energiagyűjtő elemeket általában állványokon helyezik el, a tájolást és a dőlést szinte szabadon lehet megválasztani. Az első sorban lévő elemek benapozása zavartalan, a második és a további mögöttes sorokban azonban a benapozást az előző sorok által vetett árnyék zavarja. Kollektorok esetében ez kisebb gondot jelent: az árnyékban lévő rész „nem termel”. Fotovoltaikus rendszerek esetében azonban a részbeni benapozás komoly problémát jelent: a működési zavarok megelőzése automatikusan vezérelt védelmet igényel. A sorokban elhelyezett napelem mezők geometriájára a segédletek általában olyan megoldást sugallnak, amelyeknél a Nap magassági szöge a december havi déli magassági szögnek felel meg [1.10]. 25


a

Ez azonban csak pontosan a csillagászati dél időpontjában eredményez elvileg egy pillanatig, gyakorlatilag néhány percig h tartó teljes benapozást. Ahhoz, hogy a β α teljes felületről kapjunk energiatermelést, b = 2.9a a teljes benapozásnak hosszabb ideig kell 1.12. ábra. A teljes benapozás fennállnia. Ha csak a dél körüli négyórás geometriai feltételei délben időtartamot vesszük figyelembe, amikor Forrás: [1.10] a sugárzás intenzitása is (déli tájolás esetén) a legnagyobb, akkor a teljes benapozás geometriai feltételeit a 10, illetve az azzal azonos 14 órai magassági szögekhez kell igazítani (csillagászati idő). Ezek természetesen alacsonyabbak (1.13. ábra) 90° 80° 70° 60° 50° 40° 30° 20° 10°

–100° –80° –60° –40° –20° 0° 20° 40° 60° 80° 100° 120° –110° –90° –70° –50° –30° –10° 10° 30° 50° 70° 900° 110° 1.13. ábra. A Nap magassági szögei 10 órakor és délben, decemberben és márciusban

β

a

h

α b = 3.98a

1.14. ábra. A teljes benapozás geometriai feltételei decemberben 10 órakor (48. szélességi kör)

26

A decemberi 10 órai magassági szöggel (48. szélességi kör) a teljes benapozás geometriai feltételeit az 1.14. ábra mutatja. A sorok között lényegesen nagyobb távolságra van szükség, azaz adott tetőfelületen lényegesen kevesebb energiagyűjtő felület helyezhető el.

1.6. A fotovoltaikus rendszerek és a „közel nulla energia” követelmény

Annak ára, hogy a második és továb- 90° bi sorok decemberben napi négy órán át 80° termeljenek, a tetőn elhelyezhető összes 70° energiagyűjtő felület jelentős csökkené- 60° se. Felvetődik a kérdés: megéri-e? – hi- 50° szen a december havi sugárzási energia- 40° hozam amúgy sem nagy. Az is kérdés, 30° hogy nem fér-e el több energiagyűjtő 20° felület a tetőn, ha nem az optimális dő- 10° léssel helyezzük el azokat, hiszen az opti0° –90° –70° –50° –30° –10° 10° 30° 50° 70° 90° mális dőléstől való nem nagy eltérés még Nyugat Kelet Dél nem eredményez drámai teljesítménycsökkenést (1.15. ábra). (A szereléshez, 1.15. ábra. A tájolás és a dőlés hatása kezeléshez természetesen mindegyik a sugárzásienergia-bevételre Forrás: [1.10] változatban helyet kell biztosítani a sorok között.) A kérdés lényege úgy fogalmazható meg, hogy az adott méretű lapos tetőn elhelyezett fotovoltaikus mező éves energiatermelését illetően mikor kapunk jobb eredményt: ha ragaszkodunk a decemberi energiatermeléshez is, és ezért kevesebb energiagyűjtő Wh/m2 200 000

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

180 000 160 000 140 000 120 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0

I.

II.

III.

IV.

V.

VI.

VII.

VIII.

IX.

X.

XI.

XII.

hónap 1.16. ábra. Mért sugárzási energiahozam adatok Forrás: [1.11]

27


felületet helyezünk el, avagy a téli hónapokban lemondunk az energiatermelésről, de ennek fejében a fennmaradó hónapokban nagyobb energiagyűjtő felülettel termelünk energiát? Módosítja-e az eredményt az optimális dőlésszögtől való eltérés? A számításhoz mért sugárzási adatokat vettünk figyelembe (1.16. ábra). Az eredményeket grafikus formában az 1.17. ábra mutatja [1.11]. 2.5 Maximum 2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

Dev. 10h

Dev. 12h

Jan. 10h

Jan. 12h

Febr. 10h

Febr. 12h

Márc. 10h

Márc. 12h

45°

0.984

1.233

1.160

1.378

1.497

1.669

1.765

1.898

30°

1.215

1.473

1.400

1.65

1.727

1.880

1.961

2.067

20°

1.511

1.774

1.701

1.910

2.014

2.148

2.217

2.208

1.17. ábra. Az éves energiatermelés a geometriai adatok függvényében. A nevezetlen számok az egységnyi tetőfelületen elhelyezhető energiagyűjtő felületet mutatják, a függőleges tengelyen az éves energiatermelést kifejező arányszámok vannak. Forrás: [1.11]

Megállapítható, hogy a legnagyobb éves energiatermelést az adott felületű lapos tetőn akkor érjük el, ha az energiagyűjtő felületek dőlésszöge csak 20 fok és a három téli hónapban a második és további sorok teljes benapozásáról (és ezzel az energiatermelés egy részéről) lemondunk. Természetesen egy-egy konkrét esetben egy hasonló számítás során további tényezőket is figyelembe kell venni (tetőfelépítmények vetett árnyéka, az utolsó sor optimális dőlésszöge – hiszen annak a vetett árnyéka már közömbös) és természetesen nem mindegy, hogy a szabályozás szerint az energia export-import elszámolása éves vagy havi bázison történik-e.

28

1.7. Fasorok és zöld homlokzatok mikroklímára gyakorolt hatása

1.7. Fasorok és zöld homlokzatok mikroklímára gyakorolt hatása A projekt keretén belül végzett másik irányú kutatás elsősorban a városi zöld felületek és zöld területek mikroklimatikus hatásait mérte. Habár tisztában vagyunk a zöld felületek klímamódosító hatásával, és ezt a tervezők ki is használják olykor, ez a folyamat mégsem tudatos, hiszen nem állnak rendelkezésre olyan tervezési eszközök, melyek iránymutatást adnának a városfejlesztési vagy -rehabilitációs beavatkozások mikroklimatikus hatására. Ezt a hiátust próbálta a kutatás betölteni. Az alábbiakban a fasorok és zöld homlokzatok – mint kézenfekvő városi beavatkozás – jellemző hatásait mutatjuk be röviden. Első gondolatra úgy tűnik, hogy egy városrész élhetőbbé tétele során triviális megoldásnak tűnik az utcák fásítása, hiszen ez várhatóan a lakosság körében is népszerű intézkedés lenne, és jelentősen megváltoztatná az utcaképet, pozitívan befolyásolná az utcára, fasorra néző lakások értékét és a legjobb módja a nyári túlmelegedés elleni védekezésnek a lombhullató növényzet alkalmazása. Azonban, mint ahogy ez a vizsgálatunkból is kiderül, az utcák fásításának hatása jelentős mértékben függ a széliránytól és a tájolástól. A városi átszellőző folyosók kijelölésével összhangban a fasorok kiemelten fontos szerepet kapnak. A fasorok hatásának számszerűsítése érdekében több EnviMET-ben készült modellen is vizsgáltuk a fasorok hatását. A mikroklíma-modellezés során egységesen 4×4 méteres cellamérettel dolgoztunk. A szélirány egységesen északnyugati, a szélsebesség 10 méteres magasságban 3 m/s. A szimuláció kezdete egy tipikus nyári napon este 9 óra, a szimulációs idő 24 óra. A kezdeti léghőmérséklet 23 °C, relatív páratartalom 2 méteres magasságban: 70%. Minden modellterületre két variánsban készült modell, az első az eredeti, a második a tervezett állapotot tükrözi. A modellben elhelyezett fák 15 méter magasságú, 4–6 méter koronaátmérőjű, közepes lombsűrűségű várostűrő növények. A két állapot összehasonlítása során az alábbi megfigyeléseket tettük: A szélsebesség módosítása tekintetében a fasorok és zöld homlokzatok hatása is jelentős mértékben függ az utca uralkodó széliránnyal bezárt szögétől. Habár a jelenség maga ennél sokkalta összetettebb, egyszerűen elmondhatjuk, hogy az utcával párhuzamos szélirány esetében az utca szélén az érdesség megnövekedése miatt lecsökken a szélsebesség, de az utca szélességétől is függően az utca közepén kismértékben növekszik a szélsebesség. Ezzel szemben a szélirányra merőleges utcák esetében többnyire csak szélsebesség-csökkenést észlelünk. MRT (közepes sugárzási hőmérséklet): az egyszeres és kétszeres fasorok hatása is pontszerű csökkenést okoz a közepes sugárzási hőmérsékletben, ez a déli órákban akár 20 K különbséget is jelenthet. Ez egy jelentős változás, hiszen ez nemcsak azt jelenti, hogy a fák árnyékában a léghőmérséklet is jelentősen lecsökken, hanem azt is, hogy a fák által árnyékolt homlokzati részeken is lecsökken a felületi hőmérséklet, és így a lakások túlmelegedésének kockázata is csökken, ami további energiamegtakarítást jelent. Hasonló, habár keskeny sávszerű csökkenést tapasztalunk zöld homlokzat telepítése esetében. A homlokzatok leárnyékolásával a légkon29


dicionáló berendezések használata teljesen fölöslegessé válhat, és így rengeteg villamos energiát takaríthatunk meg. PMV-érték: az előzőekben leírt MRT-érték jelentős csökkenéséből már következtethetünk a PMV-érték változására is. A két modell között a PMV értékében tapasztalható eltérés napszaktól és magasságtól függően változik. A csökkenés maximuma fasorok esetében 2–3 között van. Ez azt jelenti, hogy a kellemetlen meleg érzete helyett az utcán sétáló emberek többsége jól érzi magát. PMV –0.50 [ ] –0.50 to 0.00 [ ] 0.00 to 0.50 [ ] 0.50 to 1.00 [ ] 1.00 to 1.50 [ ] 1.50 to 2.00 [ ] 2.00 to 2.50 [ ] 2.50 to 3.00 [ ] > 3.00 [ ] 1.18. ábra. Egyszeres és kétszeres fasor hatása a Fény és Retek utcában (nyári állapot, 12:00h, 1,6 m) Forrás: a szerző saját szerkesztése.

Ahogy az 1.18. ábrán is látszik, a fasorok jelentős mértékben javíthatják a városi emberek közérzetét. A bemutatott vizsgálaton keresztül látható, hogy mind a fasorok, mint pedig a zöld homlokzatok hatása a körülvevő környezettől jelentősen függ. Nemcsak az uralkodó vagy utcára jellemző széliránytól való függésre gondolhatunk itt, hanem benapozás mértékére, a forgalom jellegére is. Egy szűk és mély utcában nem tudnak megfelelően növekedni a fák, itt növénykazettákkal lehet javítani a járókelők közérzetét. A fasorok telepítése sokszor a parkolóhelyek számának csökkentésével is jár, ezért figyelembe kell vennünk a lakosok parkolási szokásait is. Gyakran találkozunk azzal a problémával is, hogy a közművek igen költséges áthelyezésére lenne szükség ahhoz, hogy fákat ültethessünk egy utcában. Azonban mindezen problémák leküzdése után szembesülhetünk a fasorok jótékony hatásával is: javul a városlakók közérzete, a mikroklíma, csökken a nyári túlmelegedés veszélye, esztétikusabb lesz lakókörnyezetünk, összességében elmondhatjuk, hogy a városi zöldfelületek növelésével kedvezőbbé válnak a városlakók életkörülményei. A fasorok és zöldhomlokzatok tehát a városi zöldhálózat egy fontos részét képezik, hiszen az egyes zöldterületek között összekötő kapocsként működnek, így könnyítve a város átszellőzését és a szmog kialakulásának megakadályozását is [1.12].

30

1.8. Napelemek és napkollektorok energiahozam szempontú összehasonlító elemzése

1.8. Napelemek és napkollektorok energiahozam szempontú összehasonlító elemzése Napjaink modern épületenergetikai rendszereinek alapvető feladatai az épület hőés villamos energiaellátásának biztosítása. Ennek az igénynek a teljesítése műszakilag számtalan módon oldható meg. Ugyanazon eredmény elérhető különböző berendezésekkel is. A növekvő energiaárak azonban a felhasználót, tulajdonost is arra kényszerítik, hogy mérlegeljen: működő vagy optimálisan működő rendszert szeretne az ingatlanjába beépíteni. Az energiahatékonyság terjedésével egyre nagyobb szerephez jutnak a megújuló technológiák és azon belül is a kis méretben is kiválóan alkalmazható szolártechnológiák. A napenergia vagy szolárenergia egyaránt alkalmas hő- és villamosenergia-igény kielégítésére is. Előbbit főként síkés vákuumcsöves napkollektorokkal, utóbbit elsősorban napelemekkel oldhatjuk meg. Örök kérdés a gazdaságosság és az energiatermelés viszonya. Mennyibe kerül? Mikor térül meg? Mennyi energiát fogok megtakarítani? Melyik termel több energiát? Melyikkel lesz jobb energetikai besorolású az épület? Ezen kérdések egyszerű megválaszolását hivatott segíteni a kidolgozott „Szolár energiahozam döntéstámogató eszköz”. A metodológia kidolgozása során alapvető cél volt definiálva: egyszerűen alkalmazható eszköz létrehozása, mely minden típusú, funkciójú és méretű épület esetében releváns eredményt ad. A lehetséges maximális szoláris primer energiaáramok kérdéskörének vizsgálatánál a használati meleg víz (HMV) és a villamosenergia-igény megújuló energiaforrásokkal leginkább lefedhető hányadát vizsgálom éves (azon belül pedig havi) bontásban. Tehát a fő dilemma, hogy adott esetben mit érdemes telepíteni: napelemeket vagy napkollektorokat? A meleg víz előállításához szükséges energiamennyiség meghatározásánál a jelenleg érvényben lévő rendeletet alkalmaztuk (a belügyminiszter 40/2012. (VIII. 13.) BM rendelete az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet módosításáról [1.13]). Szoláris túltermelés esetén veszteségként kezelendő. A villamos energia esetében az igény oldalt „elméletileg végtelennek” tekintem, hiszen jogilag, műszakilag és gazdaságilag is annak tekinthető. A szoláris túltermelés esetén sem veszteségként jelentkezik. A HMV-hőigény és a kollektormező által biztosított energiamennyiség hányadosaként megkaptuk a rendszer szoláris részarányát. A hazai gyakorlati tapasztalatok 70% szoláris részarányt irányoznak elő, mellyel a nyári hónapokban teljesen, a téliekben részben tudja ellátni a napkollektoros rendszer a használati meleg víz energiaigényét. A gyakorlatnak megfelelően, a számítások során azt is figyelembe vettük, hogy a rendszerben nincs szezonális tároló, vagyis, hogy ha nyári hónapokban a kollektorok többet termeltek a HMV-igénynél, akkor az adott hónapban csak a használatimelegvíz-igénynek megfelelő értékeket vettük figyelembe, tehát az azon felülit nem. Az 1.19. ábrán a piros vonal feletti rész ebben az esetben nem hasznosul, ezért nem szabad figyelembe venni. 31

1. A közel nulla energiafelhasználású épületek és városok felé 3,5

Energiatermelés [kWh/m2nap]

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0

I.

II.

III.

IV.

V.

VI.

VII.

VIII.

IX.

X.

XI.

XII.

hónap 1.19. ábra. Példa – napkollektorral termelt hőmennyiség (α = 0,7) havi bontásban [kWh/m2nap] (a piros vonal feletti integrált terület igényen felüli energiaveszteség)

A napelemek energiahozamának számításánál PVGIS applikációt használtunk, melynek működése hasonló Google Maps keretrendszerbe integrálva történik, a helyszín megadásával, a beépített napelemmező kapacitásának és tájolási paramétereinek definiálásával. A számítások eredménye a napelemes rendszer által termelt éves energiamen�nyiség, melyet teljes mértékben hasznosíthatónak tekintünk, mert azt feltételezzük, hogy hálózatra kapcsolt rendszerről [HKME] van szó. Az éves energiamennyiségből 2,5-tel (primerenergia-átalakítási tényező) megszorozva megkapjuk a napelemes rendszer által kiváltott primer energiát és ezt vesszük figyelembe a további kiértékelésnél. Végezetül kitérnénk a fő kérdésre, azaz: melyik szolár-energiahasznosítási módszer termel több energiát éves szinten? A belügyminiszter 40/2012. (VIII. 13.) BM rendelete [1.16] alapján definiálható a használati meleg víz primerenergia-igénye. Ez az érték jellemzően a szintterülettől, AN-től [m2] függ legjellemzőbben. A szoláris primerenergia-hozamoknál a domináns paraméter maga a felhasználható tetőfelület [m2], azaz a szoláris tetőfelület. Amennyiben egy adott rendszert, alkalmazási környezetet vizsgálunk tehát, a legfontosabb két paraméter a fenti kettő. Ezen két paraméter ismeretében döntést hozhatunk, melyik rendszer vált ki nekünk több primer energiát, a napkollektor vagy a napelem. Tehát ezzel a két bemenő adattal, meghatározható, hogy melyik alkalmazásával lesz kedvezőbb épületenergetikai besorolású az épületünk. Ezen két paramétert nagyszámú épületegyüttesen vizsgál32

1.8. Napelemek és napkollektorok energiahozam szempontú összehasonlító elemzése

va létrehoztunk egy döntés-előkészítési módszertant épületek szolárpotenciál-alapú értékelésére. A módszer műszakilag elérhető legnagyobb primerenergia-hozam alapú döntési rendszerként funkcionál. 3000

Szintterület [m2]

2500

2000

1500

1000

500

0

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Szolár felület [m2] 1.20. ábra. Döntéstámogató modell szoláris primer energiahozamok elemzésére Forrás: [1.14]

Az 1.20. ábra alapján meghatározható a fenti két egyszerű paraméterből, hogy az adott épületben melyik megújuló szolártechnológiával tudunk több primer energiát kiváltani. A piros vonal nem egyenes, tekintve hogy az épület alapterületétől függően változik a használati meleg víz fajlagos vesztesége. Tehát bizonyos tartományokban egyenesre bontható 40/2012. (VIII. 13.) BM rendelet [1.16] irányadó AN-tartományai alapján. Ezzel együtt viszont kijelenthető, hogy bár nem egyenes, de lineáris regressziós trendvonallal jól közelíthető. A trendvonal egyenlete ebben az esetben: AN = 13,555 Aszolár – 37,032 ahol AN Szintterület [m2] Aszolár Szolárfelület [m2]

33


1.9. A HMV-fogyasztás és a határhőmérséklet elemzése tényleges fogyasztási adatok alapján Az épületenergetikai számítások egyik legfontosabb tényezője a külső hőmérséklet. Többek között ez határozza meg az épület hőveszteségét. A 7/2006 TNM rendelet [1.13] számításai a hőveszteség tényezőkkel operálnak, így a külső hőmérséklet nem jelenik meg. Lényegében ez azt jelenti, hogy nem tesz különbséget eltérő földrajzi helyekről. A számításoknál a hőfokhíd megjelenik, de egy átlagos értékkel. Összességében megállapítható, hogy a hőfokhidak és fűtési időszakok térben és időben jelentősen eltérhetnek. A hőfokhíd a fűtési szezonra jellemző, így alapvető szerepe van a fűtési szezon határainak. A fűtési határhőmérséklet jelentősége az épület fűtésienergia-felhasználásában igen nagy. Ennek illusztrálására nézzük a következő ábrákat. Az 1.21. ábra a határhőmérséklet (egyensúlyi hőmérséklet különbség) fogalmát, szerkesztését mutatja, jelentős egyszerűsítések mellett. A hőveszteség nemcsak a külső hőmérséklettől, hanem az időjárás egyéb jellemzőitől is függ, Változik a hőátbocsátási tényező (bár jó hőszigetelés mellett egyre kisebb a szerepe), de változik a szellőzési levegő mennyisége is. Az ábrán ezek el vannak hanyagolva. A hőveszteség is nagyon leegyszerűsítve látható. Mint tudjuk, lakóházaknál a szoláris nyereség a meghatározó, mely térben és időben is változik. Irodaházaknál, iskoláknál, középületeknél jelentős szerepet játszhat a belső hőnyereség is (gépek, világítás, emberek stb.) Az ábrán egy egyszerűsített hőnyereség (QNY) változást látunk a külső hőmérséklet függvényében. valamint a fűtési hőszükséglet is látható (QSZ). % 100 80

% n = 1,5/h Qv QSZ

100 80

60

60

40

40

20

QNYmax

0 –15 –10

20 –5

0

5

1012 15

20 te

n = 1,5/h nʺ = 0,816/h nʹ = 0,5/h

Qv QSZ Qvʺ Qʹ QNYmaxv

QNYmin 0 –15 –10 –5

0

5

1012 15

20 te

1.21. és 1.22. ábra. A fűtési határhőmérséklet szerkesztése

Az 1.22. ábrán a határhőmérséklet megváltozásának szerkesztését látjuk, az előbbi egyszerűsítések mellett. Feltételeztük, hogy a házat szigeteltük úgy, hogy a hőveszteség a felére csökkent. Az átlagos légcsereszám (n) is lecsökken az egy és két vesszővel jelölt értékekre. Az ábra szerint egy közepesnek nevezhető hőszigetelésnél (a méretezési hőveszteség 40%-ra csökken) a fűtési határhőmérséklet a hőnyereségtől 34

1.9. A HMV-fogyasztás és a határhőmérséklet elemzése tényleges fogyasztási adatok alapján

függően 3–6 °C között kellene hogy változzon. Ezzel kapcsolatban nem ismerünk eredményeket. Még a különlegesen monitoringozott Solanova épületnél [1.17] sincs megbízható adat. A mai fűtésszabályozás sajátossága, hogy bekapcsolt szabályozó mellett, a napszak szerint is bekövetkezhet a kikapcsolás, de erre nincs adat. A másik igazán fontos ok, hogy a lakók a komfortszintjüket nem akarják csökkenteni, hanem éppen ellenkezőleg. A gyakorlatban a távhőszolgáltatásnál kerül előtérbe a hőfogyasztás explicit formában. A hőfogyasztási adatokat a hőszolgáltató térítés nélkül rendelkezésre bocsátja. Célszerű az elmúlt három év fogyasztását vizsgálni, naptári évek szerint. Természetesen ettől el lehet térni. A fogyasztási adatokat és a külső átlaghőmérsékleteket a hőszolgáltató havi bontásban adja. Gyakran a HMV-hőfogyasztás nincs különválasztva. Ha igen, akkor az valószínűleg az elfogyasztott víztérfogatból számolt felmelegítési hőt tartalmazza: A HMV-termelésre fordított hőt a nyári adatokból is becsülhetjük. Lehet, hogy a hőszolgáltató is becsült adatokkal dolgozik. Nézzük a következő példát! Ez esetben a fűtés nélküli nyári hónapok mellett a téli hónapok hőfogyasztását úgy nyerhetjük, hogy a fűtés nélküli hónapok átlagát 10%-kal növeljük. Igényesebb számításnál a két átmeneti hónapot a nyári átlaggal vehetjük figyelembe, sőt a hónapok eltérő napjait is számításba vehetjük. Ezt a viszonylag egyszerű, de hosszadalmas számítást akkor is el kell végezni, ha nem csupán a havi fogyasztásokat kívánjuk vizsgálni, hanem egyáltalán szét kell választani a fűtési és HMV-fogyasztást. Fenti értékeket az összes fogyasztásból levonva kapjuk a fűtési havi, illetve értelemszerűen az éves fogyasztásokat. Amennyiben a felmelegítésre kerülő vízfogyasztást mérik, akkor pontosabban is meghatározhatjuk a fűtési szezon és a nyári fogyasztás arányát. A felmelegítendő víz hőmérséklete is változik, mely akár 5–10 százalékkal is növelheti a hőfelhasználást télen. Erre azonban alapvetően nincs mérési adata a szolgáltatónak. A fajlagos fogyasztások számításánál az előzőekben szereplő hőszolgáltatói fűtött térfogatot alkalmazzuk. A HMV fajlagos értékénél a fogyasztott víztérfogatot, esetleg a lakók vagy lakások számát vehetjük figyelembe. Amennyiben a fogyasztások alakulását kívánjuk vizsgálni, szükség van a hőfokhíd szerinti korrekcióra. Az átlagtól 20%-ban eltérő adatokat meg kell vizsgálni, végső soron ki kell hagyni a regresszió számításból. A kapott regressziós egyenes segítségével meghatározható a méretezési külső hőmérséklethez tartozó névleges havi hőfogyasztás. Ha ezt elosztjuk a havi időtartammal, akkor teljesítményt kapunk. Ez az érték lesz a „fogyasztásból regresszióval számított” átlagos fűtési teljesítmény. A fogyasztásból hőfokhíddal számított hőteljesítmény elsősorban az éves fűtési fogyasztásból határozható meg. Vagyis •

Q évi

a ⋅ 24 ⋅ Qszüks ⋅ G évi = ⋅ 3600 [GJ]. ( t bo − t ko ) ⋅106

ahol „a” (átlagosan) 0,73 tapasztalati tényező, folyamatos fűtésnél. 35


Értékét az időjárás, az üzemeltetés, esetleg a tervezői túlméretezés határozza 120 meg. 100 Az épület hőfogyasztásának egyik ér80 tékelési szempontja lehet az, hogy mek 60 kora az „a” értéke, ha a Qcsúcs helyébe a  Qhőszükséglet-et írjuk. 40 A vizsgálat első feladata az épületek 20 kiválasztása. A program utólagosan hő0 0 2 4 6 8 10 12 szigetelt panelépületekre korlátozódik, 1.23. ábra. A HMV havi átlagfogyasztás alakulása így a számunkra kedvező elhelyezkedésű relatív skálán Budapest XI. kerületében kerestünk épületeket. A FŐTÁV a vizsgálatainkat támogatva, rendelkezésünkre bocsátotta a mérési adatokat azzal, hogy az épületek közös képviseletének a hozzájárulását megkaptuk. Az adatokat a helyszín névtelenségét megtartva dolgoztuk fel. Eddig két épület vizsgálatát kezdtük meg. A fogyasztási adatok 2006.01.01-től álltak rendelkezésünkre napi leolvasással. Így a külső napi átlaghőmérsékleten kívül az épület összes hőfogyasztása és a felmelegített víz térfogata ismert volt. Második feladat a fűtési hőfogyasztás meghatározása volt. Ehhez a HMVhőfogyasztás megállapításához azt a közelítő módszert használtuk, hogy megvizsgáltuk a felmelegített víz fogyasztásának alakulását az idő függvényében. A számítást az első épületre végeztük. Havi bontásban a napi fogyasztást az 1.23. ábra mutatja. Látható, hogy a változás igen nagy. Ha a százalékos értéket nézzük azt látjuk, hogy a nyári 5 hónap átlagához (14,34 m3/nap) képest a 7 téli hónap átlaga (17,2 m3/nap) 20%-kal magasabb. Mindamellett az egy főre eső napi átlag igen alacsony (kb. 30 l/nap/fő). A második épületnél kapott eredmények még nagyobb eltérést mutatnak nyár és tél között. 140

%

2006–2007

Napi fűtési energiafogyasztás [GJ]

50 40 30 20 10 0 –10 –10 –20

–5

0

5

10

15

20

25

Napi átlaghőmérséklet [°C]

1.24. ábra. A napi fogyasztási adatokból meghatározott fűtési fogyasztás alakulása a külső napi átlaghőmérséklet szerint, korszerűsítés előtt

36

30

1.10. A közel nulla energiafelhasználású szint elérésének lehetőségei panelépületekben 2008–2013

Napi fűtési energiafogyasztás [GJ]

50 40 30 20 10 0 –15 –10 –20

–10

–5

0

5

10

15

20

25

30

35

Napi átlaghőmérséklet [°C]

1.25. ábra. A napi fogyasztási adatokból meghatározott fűtési fogyasztás alakulása a külső napi átlaghőmérséklet szerint, korszerűsítés után

A felmelegítendő víz hőmérséklete a tapasztalatok szerint télen átlagosan 5–10%kal alacsonyabb, mint nyáron. Mindez ellentmond a szakirodalmi adatoknak, ezért további vizsgálatok szükségesek a jövőben. A napi fogyasztási adatokból meghatározott fűtési fogyasztás alakulása a külső napi átlaghőmérséklet szerint a korszerűsítés előtt az 1.24., korszerűsítés után az 1.25. ábrán látható. A második épületre kapott eredmények hasonlóak. A regressziós egyenes alapján annyit azért láthatunk, hogy a határhőmérséklet kb. 4 K-nel csökkent. Ugyanakkor az eredmények alapján kijelenthető, hogy a fogyasztást a külső hőmérsékleten kívül más tényezők is nagymértékben befolyásolják.

1.10. A közel nulla energiafelhasználású szint elérésének lehetőségei panelépületekben A panelépületek energetikai korszerűsítése többé-kevésbé előrehaladott állapotban van, országtól és régiótól függően. Abban viszont nincs eltérés, hogy a korszerűsítések túlnyomó része szuboptimális, aminek következménye az energiamegtakarítás „befagyasztása” az elkövetkező 30–40 évre. Romániai korszerűsített panelépületek vizsgálata alapján számos problémára derült fény, melyek a magyarországi esetekre is megfontolandók. Ezek közül néhányat az alábbiakban kiemelünk. A lista korántsem teljes. ◆ A panelcsomópontoknál kialakuló hőhídhatás lényegesen magasabb, mint hagyományos épületeknél. (Ez a megállapítás a magyarországi panelépületekre már korábban bizonyítást nyert [1.21]). A külső oldali hőszigetelés a problémát 37


lényegében megoldja (1.1. táblázat), de a tapasztalat azt mutatja, hogy az ablakbeépítéseknél kialakuló hőhídhatás felújítás után is kiugró. A számok arra utalnak, hogy a beépítés módja jellemzően nem szakszerű. Másik problémás terület a panelcsatlakozások szigetelése. Kiváló minőségű szigetelőcsíkok alkalmazása jelentheti a megoldást. 1.1. táblázat. Számított Ψ-értékek felújítás előtt és után

Ψr felújítás után

Szigetelésvastagság ‘d’

Ψi/Ψr

[W/mK]

[W/mK]

[cm]

[-]

1A

0,561

0,038

15

14,76

2A

0,556

0,025

10

22,24

Csomópont száma

„B” épület

Csomópont száma

„A” épület Ψi felújítás előtt

Ψi felújítás előtt

Ψr felújítás után

Szigetelésvastagság ‘d’

Ψi/Ψr

[W/mK]

[W/mK]

[cm]

[-]

1B

0,493

0,030

15

16,43

2B

0,32

0,030

10

10,67

3A

0,780

0,041

15

19,02

3B

0,432

0,027

15

16,06

4A

0,143

0,050

15

2,84

4B

0,138

0,035

15

3,94

5A

0,438

0,068

-

5,61

5B

0,704

0,242

-

2,91

6A

0,59

0,095

20

6,21

6B

-0,15

-0,09

20

1,67

◆ A hőszigetelésnek két negatív hatására fel kell hívni a figyelmet. Az egyik a beépített energia, melynek problematikáját már az 1.2. és 1.3. fejezetben részletesebben tárgyaltuk, a másik pedig a globális felmelegedési potenciál (GWP). A probléma fennáll szinte valamennyi zárt cellás szigetelőanyagra, melyek HFC-t tartalmaznak (aminek üvegházhatásra gyakorolt hatása 1,43-szorosa a szén-dioxidénak), és ezek az anyagok folyamatosan kikerülnek az atmoszférába. A hőszigetelő anyagok hatásainak mérlegelésekor ezt is szükséges lenne számításba venni. ◆ Célszerű lenne új nyílászárók esetén minősítő rendszer bevezetése azért, hogy a gyártók rákényszerüljenek a nyílászárók főbb energetikai paramétereinek feltüntetésére (Uw-érték, Ug-érték, g-érték, légáteresztés). Ezen információk nélkül az energetikai követelmények ellenőrzése, számonkérése nem lehetséges. Amerikában és az Egyesült Királyságban már alkalmaznak ilyen minősítő címkéket.

1.11. A távérzékelés és térinformatika városenergetikai alkalmazási lehetőségei A korszerű távérzékelésen alapuló térinformatikai eszközök számos városenergetikai alkalmazást rejtenek magukban. A technológia átfogja az adatgyűjtést, a digitális adattárolást, az adatfeldolgozást és a megjelenítést. A korszerű városmenedzsment nagyban építhet a városdiagnosztikai eszköztárra. Az alábbiakban bemutatunk néhány ilyen alkalmazást. 38

1.11. A távérzékelés és térinformatika városenergetikai alkalmazási lehetőségei

A településszintű távérzékelési adatgyűjtés többféle módon történhet a műholdas távérzékeléstől, a repülőgépes vagy robot-repülőgépes megoldásokon keresztül egészen a felszíni közlekedési eszközökre szerelt készülékekig. Valamennyi megoldás más célokra ideális. Más technika célszerű az egyes épületek diagnosztizálására, más a városrészekre, városokra. A homlokzatok és tetők elemzése szintén eltérő megoldást igényel. Ezért a különböző távérzékelési módszerek integrált alkalmazása további távlatokat nyit meg. Egy műholdas vagy repülőgépes adatgyűjtés városi területek fenntartható menedzsmentjéhez adhat hasznos információkat. A legújabb rendszerfejlesztések új perspektívát nyitnak az épületek geometriája, a hőveszteségek diagnosztizálása felé. A hagyományos légifotózás mellett a hiperspektrális, a termovíziós és a lézerszkenneres adatgyűjtés (LiDAR) is az eszköztár részét képezik. Épülettömbök, városrészek tetőfelületein távozó hőmennyiség, illetve a tetőhatárolások energetikai minőségének vizsgálatára a repülőgépes termovízió alkalmas. Természetesen a termovízió önmagában csak tájékoztató jellegű információkat adhat a tetők állapotáról, és az információk elemzése hozzáértést igényel. Ilyen típusú városenergetikai vizsgálatokat végzetek például az EnergyCity projektben hét közép-európai városban [1.18]. Ki kell emelni, hogy a nyers termovíziós kép önmagában nem alkalmazható, előbb a légköri zavaró hatásokat, a geometriai torzulásokat és a tetők eltérő emissziós tényezőinek hatását ki kell szűrni. A termovíziós felvételek készítésére alkalmas berendezésekkel ellátott műholdak segítségével hatékonyan elemezhető a városi hősziget hatása. A megfelelő adatgyűjtés előfeltétele a felbontás, valamint az érzékelési hullámhossz tartomány helyes megválasztása, valamint a légköri hatások kiszűrése. Harmadik igen fontos alkalmazási lehetőség a termovíziós távérzékelésnek az épületgeometriával való kapcsolt alkalmazása 3 dimenziós termikus épületburok veszteségmodellek létrehozására. Az alkalmazás számos lehetőséget rejt magában a kvalitatív elemzésektől a kvantitatív vizsgálatokig. Lézerszkenneres adatgyűjtéssel (LiDAR) kombinálva félautomatizált módon meghatározhatók a főbb geometriai adatok, lehűlő felületek, kompaktsági mutatók. A 3D épület- és városmodellek létrehozásához természetesen szintén meg kell oldani a zavaró és torzító hatások kiszűrését, valamint biztosítani kell a megfelelő időben történő adatgyűjtést (megfelelő meteorológiai viszonyok). Az alkalmazás nemcsak kültéri, hanem beltéri diagnosztikai vizsgálatokra is alkalmas lehet. Nagyobb léptékben statikus vizsgálatok helyett dinamikus adatgyűjtés szükséges. Ilyenkor mozgó járműre szerelt kamerákat működtetünk. A készülő képsorozatból városléptékű mozaikkép készíthető, melynek előfeltétele a megfelelő pozicionáló (georeferencia) berendezés a GPS koordináták képekhez való rendeléséhez. Egyelőre a termovíziós légifeltételek és a 3D modellalkotás automatikus összekapcsolása még várat magára, de a benne rejlő alkalmazási lehetőségek miatt a fenntartható városmenedzsment egyik fontos eszköze lesz hamarosan. Szintén meg kell említeni a digitális tetőmodellekben rejlő lehetőségeket. A tetők tájolása, lejtésszöge, anyaga különböző eszközökkel pontosan meghatározható, melyből városi szintű napenergiapotenciál-elemzések végezhetők (1.26. ábra). Szoftveres 39


alkalmazások lehetővé teszik épületszintű potenciál nagy pontosságú meghatározását is. Fejlesztési lehetőségek vannak még a kisebb tetőfelépítmények árnyékhatásának vizsgálatában, ami különösen a napelemeket tekintve bír nagy jelentőséggel.

1.26. ábra. Pontfelhőből 3D-s épületmodell. Jobb oldali kép: tetőpotenciál-elemzés napenergia-potenciál meghatározásához

1.12. Távérzékelésen alapuló mobil épületdiagnosztikai modell Az épületállomány energetikai állapotának fejlesztéséhez szükséges, hogy megbízható képünk legyen az épületállomány energetikai állapotáról, annak érdekében, hogy a támogatások allokálása megfelelő helyre és ütemezésben történhessen. Az előző fejezetben ismertettük a távérzékelés épületenergetikai alkalmazási lehetőségeit. A gyors állapotfelmérés egyik ígéretes módszere a mobil termovíziós távérzékelés (1.27. ábra), melynek segítségével egész városrészek gyors és költséghatékony elemzésére nyílik lehetőség. Az fejlesztés lényege egy homlokzati hőveszteség vizualizáló rendszer, mely a StreetView®-hoz hasonló. Vagyis a cél a homlokzati felületi hőmérsékletek megjelenítése hőképsorozat segítségével. Az elképzelés szerint egy felszíni eszköz (a konkrét fejlesztés esetében egy kerékpár) bejár egy városi területet, miközben egy berendezés folyamatosan rögzíti pozícióját. Közben a járműre szerelt termokamera folyamatosan felvételeket készít a homlokzatokról, melyek geokódolásra kerülnek a pozíció és a jármű tájolási adatainak felhasználásával. Az adatfeldolgozás után az eredmények exportálhatók olyan térinformatikai rendszerekbe, mint a GoogleEarth® vagy még speciálisabb szoftverekbe, melyek 3D-s megjelenítésre alkalmasak. A tesztfázisban lévő fejlesztés nem előzmények nélküli, az újdonság a rendszer költséghatékonyságában rejlik. A kerékpár-utánfutóra szerelhető nagy felbontású mini 1.27. ábra. A berendezés tesztüzeme során készült termokamera és navigációs berendezés homlokzati termovíziós felvétel. az 1.28. és 1.29. ábrákon látható. A kutaA kép alatt található számok a műszer pozícióját és irányát határozzák meg. táshoz szoftverfejlesztés is kapcsolódik. 40

1.13. Városi napenergiapotenciál-becslés tetőtipológia alapján

a szoftver feladata a képsorozat és a georeferencia-adatok integrálása, valamint a 3D képalkotás. A tesztüzem eredményeképpen kisebb városi területek diagnosztikája megtörtént, de még néhány további feladat megoldásra vár. Megemlítendő a lencsetorzítás kiküszöbölésének problémája, valamint az adatok exportálásának megoldása különböző formátumokba (képformátum a beazonosításhoz, sugárzásadatok vagy hőmérsékletadatok kezelésére alkalmas formátum a hőtechnikai elemzésekhez).

1.28. és 1.29. ábra. A kerékpár-utánfutóra szerelt mobil mérőberendezés (utánfutó a kamerával és a laptoppal, kamera)

A problémák megoldása után gyors, hatékony, környezetbarát homlokzatdiagnosztikai rendszer fog a városkezelők rendelkezésére állni.

1.13. Városi napenergiapotenciál-becslés tetőtipológia alapján Az Épületek energiahatékonyságáról szóló uniós irányelv (EPBD Recast) 2019-től új építésű középületekre, 2021-től új építésű lakóépületekre közel nulla energiafelhasználást tesz kötelezővé. A Recast azt is előírja, hogy az energiaigényt nagyon jelentős mértékben megújuló energiaforrásokból kell fedezni, mégpedig helyben vagy közelben kinyert energiából [1.20]. A meglévő épületek számos kötöttséget jelentenek, nem lehet a különböző megújuló energiás rendszereket válogatás nélkül bármely épületben alkalmazni. A napenergia az épületállomány lényegesen nagyobb részében hasznosítható helyben vagy közelben, mint a többi megújuló energiaforrás és ez 41


különösen igaz városi beépítés esetén [1.19]. Magyar városok tekintetében, a tetőfelületeken hasznosítható napenergia mennyiségére jól közelítő becslés ez idáig nem áll rendelkezésre. Korábban bemutattuk, hogy a távérzékelés egy hatékony eszköz lehet városi napenergia-potenciál meghatározására. Most egy másik, tetőtipológiára épülő módszert mutatunk be városszintű becslések elvégzésére. A módszer előnye, hogy egyelőre lényegesen kisebb költséggel megvalósítható, mint a távérzékelésen alapuló módszerek. A módszert egy esettanulmányon keresztül mutatjuk be, mely Magyarország egy tipikus épületállománnyal rendelkező nagyvárosára, Debrecenre készült el. A módszertant az 1.30. ábra foglalja össze. BECSLÉS – MÓDSZERTAN Beépített és beépítetlen terület Beépített területen: fedett földterület Fedett földterületen: Magas és lapos tetős területek Fedett területen: Potenciális tetőfelület Potenciális felületen: Energiagyűjtő felület ENERGIA

Debrecen 1.30. ábra. A módszertani piramis

Az esettanulmányban Debrecen városi szövetén belül összesen mintegy 630 épület lett megvizsgálva, és mintavételezési helyenként rögzítésre került a tetőtípus, az épületek által fedett összterület, mintavételezési hely területe, a mintatvételezési szigeten jellemző utcatájolások, benapozást gátló tényező. A vizsgálat során más módszert kellett alkalmazni magas tetős és a lapos tetős épülettömbökre az energiagyűjtő felületek eltérő rögzítési, elhelyezési lehetőségei miatt. A magas tetős beépítések esetén részletes tetőidom vizsgálatok, míg lapos tetős beépítés esetén elsősorban korábbi tetőpotenciállal foglalkozó tanulmányok eredményei lettek figyelembe véve. A vizsgálatokhoz két különböző struktúrájú mintaterület lett kiválasztva, és további 31 mintavételezési sziget. A mintaterületek kiválasztásánál elsődleges szempont volt, hogy olyan területek kerüljenek lehatárolásra, amelyek egy nagyváros több, jellegzetes beépítését tartalmazzák. A mintaterületek célja a város jellemző beépítésének megismerése volt, a helyszíni bejárást szolgálták. A tetőtipológia kidolgozása is a mintaterületen gyűjtött adatok alapján történt. 42

1.13. Városi napenergiapotenciál-becslés tetőtipológia alapján

sátortető 18% utcával párhuzamos

kontyolt nyeregtető nyeregtető

23%

tagolt, kontyolt nyeregtető „L” kontyolt nyeregtető

utcára merőleges 57%

„L” nyeregtető kontyolt nyeregtető nyeregtető

1.31. ábra. Magastető-tipológia és az egyes típusok előfordulása Debrecenben

ÖSSZEGZÉS Városi szövet Beépített terület

Fedett földterület

Energiagyűjtő 2 271 054

7 935 683

Potenciális tető 4 515 906

Az esettanulmányban kollektorok által hasznosítható hő került kiszámításra, melynek alapja a tájolásokra bontott energiagyűjtő felületek összesített mérete.

keretes nyeregtető 2%

46 680 486

A vizsgálatok az alábbi informatikai-térinformatikai programokkal készültek: ◆ ArchiCad: földterületek és fedett földterületek mérése, majd listázása, egyéb rajzok szerkesztése ◆ excel: a vizsgált adatok adatbázisának létrehozása ◆ Google Earth: tetőtípusok azonosítása ◆ norc.hu: mintavételezett területek beépítésének térbeli érzékelése

Tetőtípus megnevezése

52 959 178

A vizsgálatok alapján egyértelműen az alábbi magastető -típusok vannak jelen Debrecen városi szövetében, melyek a becslés alapját szolgálják tetőtipológiaként (1.31. ábra). A lapos tetők is tipizálásra kerültek [1.19]. A mintavételezési szigetek szolgáltatták a számszerű adatokat a becsléshez. A lehető legpontosabb becslés érdekében, a városban 31 mintavételezési sziget lett kiválasztva. A mintavételezési szigetek egy-egy 250 m-es sugarú körön belül elhelyezkedő területet jelentettek. Ezen belül az összes épület tipológiai besorolása megtörtént. A vizsgálatokhoz további adatok beszerzésére is szükség volt: ◆ Debrecen városa digitális alaptérképének segítségével földterületek és fedett földterületek alapterülete a kiválasztott mintaterületekről és mintavételezési helyekről ◆ Helyszíni bejáráskor készített fotódokumentáció két kiválasztott, vegyes beépítésű mintaterületről a helyi adottságok megismerése érdekében ◆ Statisztikai adatok a város területéről, közigazgatási határáról

Debrecen – területek, m2 1.32. ábra. Területek és hasznosítható energia

43


Az eredményeket az 1.32. ábra foglalja össze. Látható, hogy Magyarország második legnagyobb városa csak a tetőfelületein keresztül nagyságrendileg ~1 TWh/év hőenergiát tud előállítani napenergia hasznosítással, amely tetőfelület a város beépített területének csupán 5%-a.

1.14. A megújuló források részesedése a „közel nulla energiaigényű épületek” energiamérlegében Az épületenergetikai irányelvben [1.1] megfogalmazott „közel nulla energiaigényű épület” egyik ismérve az, hogy az (alacsony) energiaigény szignifikáns hányadát megújuló energiaforrásból fedezzük – ez a forrás lehet helybeni („on-site”), közeli („nearby”) vagy külső („off-site”). A „jelentős hányadot” illetően az irányelv nem ad meg számszerű adatot – ennek meghatározása a tagországok feladata. Egy hiteles szabályozás követelményrendszerének a következő ismérvekkel kell rendelkeznie: – A követelmények kizárólag helybeni megújuló forrásokkal kielégíthetők – más megújuló források elérhetősége olyan adottság, amelyre az épület tervezőjének nincs befolyása. – A követelményeket a leendő épületek 95%-a egy (azaz egynél nem több) helybeni megújuló forrással ki tudja elégíteni (a fennmaradó 5% esetében lehet szükség második helybeni megújuló forrásra, szerencsés esetben rendelkezésre álló külső megújuló forrásra vagy egyéb „extra hővédelmi” megoldásra) – a kritikus állomány 5%-os mértéke megállapodás kérdése. – A helybeni megújuló forrást hasznosító rendszerre közvetlen előírás nem vonatkozik, a döntés a tervező hatásköre. A referenciaépületeket illetően kisszámú minta esetén az általánosítás megalapozottsága vitatható, nagyszámú létező épület feldolgozása az időigény miatt nem lenne reális. Megoldást a véletlenszerűen generált épületek sokaságának statisztikai elemzése kínál [1.23] – azaz a referenciaállomány nem konkrét épületeket, hanem egy statisztikai absztrakciót jelent. A sokaság technikailag lehetséges épületeket jelent, amelynek geometriai adatai gyakorlati megfontolások alapján megállapított határok között mozognak: ezek között vannak kölcsönösen összefüggőek (például alapterület-szintszám – belmagasság és fűtött térfogat, felület/térfogat arány, kerület/szint alapterület arány). Más adatok a megadott tartományon belül függetlenül változhatnak (például ablakarány, azon belül üvegezési arány). A határoló és nyílászáró szerkezetek hőtechnikai adatai a 2018-ra tervezett elemi követelmények és az annál valamivel jobbak tartományaiban mozoghatnak. Változó a tájolás, a benapozás, a hőtároló tömeg. Az épületgépészeti rendszerek a tervezett követelményekhez igazodnak: kondenzációs gázkazán, a hővisszanyerős szellőztetés és a helybeli megújuló forrásokat hasznosító rendszerek kombinációi. Az összefüggések betartásával, az adatok véletlenszerű változtatásával épületkategórián44

1.14. A megújuló források részesedése a „közel nulla energiaigényű épületek” energiamérlegében

ként ezres nagyságrendben véletlenszerűen generált épületek a lehetséges jövőbeni épületek halmazát biztonsággal lefedik.

Összesített energetikai jellemző (kWh/m2a)

120 100 80 60 40 20 0

0,3

0,4

1 szintes

0,5

0,6

2 szintes

0,7

0,8 0,9 A/V (m2/m3)

3 szintes

4 szintes

1,0

1,1

6 szintes

1,2

1,3

10 szintes

1.33. ábra. A fajlagos éves primerenergia-igény a felület/térfogat arány függvényében: lakóépületek, kondenzációs gázkazánnal és hővisszanyerős szellőzéssel


120

100

80

60

40

20

0

1 szintes

2 szintes

3 szintes

4 szintes

6 szintes

10 szintes

1.34. ábra. A fajlagos éves primerenergia-igény a szintek számának függvényében: lakóépületek, kondenzációs gázkazánnal és hővisszanyerős szellőzéssel

45


Valamennyi épületre meghatároztuk a fajlagos éves primerenergia-igényt helybeni megújuló energiaforrás alkalmazása nélkül, az elvárható korszerű épületgépészeti rendszerrel (kondenzációs gázkazán, hővisszanyerős szellőzés). Ez képezi a viszonyítási alapot a megújulók részarányának megállapításához. Az 1.33. ábra példaként a lakóépületekre kapott eredményeket mutatja a felület/térfogat arány, az 1.34. ábra pedig a szintek számának függvényében. Ezt követően meghatároztuk ugyanezen épületek fajlagos éves primerenergia-igényét egy-egy helybeni megújuló forrás hasznosításának figyelembevételével. Helybeni megújuló forrásként, illetve azokra alapozott rendszerként szoláris és hőszivattyús rendszereket, valamint biomassza tüzelést vettünk figyelembe. Ezek közül a szoláris rendszerek alkalmazhatók általános érvénnyel, a hőszivattyús és a biomasszaalapú rendszerek alkalmazása sűrű városi szövetben problémás. Ezért a szoláris rendszerek bizonyultak meghatározónak és képezték vizsgálataink alapját. Városias beépítés esetén a homlokzatok téli benapozása erősen kérdéses, ezért a szoláris rendszerek energiagyűjtő felületeinek elhelyezésére a tetőt vettük figyelembe. A lehetséges legjobb eredményt megcélozva a használatimelegvíz-ellátást ésszerű mértékben fedező (családi házaknál 66%, többszintes lakóépületeknél 30–34%) kollektormező mellett a tetőn fennmaradó helyre napelemeket telepítve az 1.35. és 1.36. ábrák szerinti eredmények adódnak.


60 40 20 0

A/V (m2/m3) 0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

–20 –40 –60 –80 –100 –120

1 szintes

2 szintes

3 szintes

4 szintes

6 szintes

10 szintes

1.35. ábra. A fajlagos éves primerenergia-igény a felület/térfogat arány függvényében: lakóépületek, kondenzációs gázkazán, hővisszanyerős szellőzés, kollektor- és napelemmező

Ebben az esetben a kis szintszámú, jellemzően kedvezőtlen felület/térfogat arányú épületek fajlagos éves energiaigénye adódik a legalacsonyabbra. A magyarázat kézen46

1.14. A megújuló források részesedése a „közel nulla energiaigényű épületek” energiamérlegében

fekvő: az igények az alapterülettel nőnek, viszont a szintek számának növelésével egyre kevesebb tetőfelület és ezzel arányosan egyre kisebb energiagyűjtő felület jut egységnyi padló alapterületre. 60


40 20 0

1 szintes

2 szintes

3 szintes

4 szintes

6 szintes

10 szintes

–20 –40 –60 –80 –100 1.36. ábra. A fajlagos éves primerenergia-igény a szintek számának függvényében: lakóépületek, kondenzációs gázkazán, hővisszanyerős szellőzés, kollektor- és napelemmező

A vizsgált változatban az egy-két szintes kategóriában a nettó nulla energiaigényű, sőt az energiát exportáló épületek műszaki lehetősége is adott (az exportált energia átvétele és jóváírása esetén). A szintek számának növelésével azonban a növekvő kollektormező mellett egyre kevesebb hely marad napelemek számára, majd ez el is fogy. Számszerűen kevésbé kedvező, de hasonló jellegű eredményeket kapunk, ha a tetőn csak kollektormezőt helyezünk el. A fajlagos éves primerenergia-igény a szintek számának növekedésével (azaz a kedvezőbb felület/térfogataránnyal) az 1.34. ábrához hasonlóan csökkenő tendenciát mutat hőszivattyús rendszerek és biomassza tüzelés esetén, hiszen ebben az esetben a tetőfelület/összes alapterület arány már nem játszik szerepet. Minden egyes változatban statisztikai módszerrel meghatározható az egyes ponthalmazokat határoló azon egyenes, amely fölé a pontoknak csak 5%-a esik – ez azt jelenti, hogy az esetek 95%-ában a számított fajlagos éves energiaigény nem haladja meg az egyenesről leolvasható értéket. Megjegyzendő, hogy ezen egyenesek meredeksége kicsiny, mert az energiaigény túlnyomó részét lakóépületek esetében a használatimelegvíz-ellátás nettó energiaigénye teszi ki, amely mellet a transzmissziós hőveszteség szerepe nem jelentős. Ennek elvét és megoldását lakóépületek esetére az 1.37. ábra szemlélteti. Az ábrán a szintek számának függvényében azok a fajlagos éves primerenergia-igények szerepel47


nek, amelyeket egy-egy helybeni megújuló forrás hasznosításával az épületek 95%-a nem lép túl. Miután a tervezőn múlik, hogy a helyi adottságok ismeretében milyen helybeni megújuló forrást választ, a követelmény az ábrán látott vonalak felső burkológörbéje [1.24]. Az elvégzett számítások szerint az előzőekben összefoglalt elveket szem előtt tartva a helybeni megújuló forrásokból származó energia részesedése az igények fedezésében reálisan 20–25%. 120 I.

Fajlagos primer energia [kWh/(m2a)]

100

II.

III.

V.

IV.

VI.

80

60

40

20 Szintek

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

–20 1.37. ábra. Lakóépületek fajlagos primer energiaigénye egyetlen helybeni megújuló forrást hasznosító rendszer esetén. I. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, mint referencia érték II. Pellet- vagy faelgázosító kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés III. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős szellőzés, kollektor és napelem IV. Kondenzációs kazán, kollektor és a mellette fennmaradó tetőfelületen napelem V. Kondenzációs kazán, hővisszanyerős gépi szellőzés, kollektor VI. Hőszivattyú, hővisszanyerős gépi szellőzés Javasolt követelmény: ezek felső burkoló görbéje

Irodalom [1.1] EPBD Directive 2010/31 EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast) [1.2] Szalay, Zs.–Csoknyai, T.: Life cycle costs and environmentalimpacts of a nearlyzeroenergydetached house. International Review of AppliedSciences and Engineering, 2013, Vol. 4, 2/December, 163–169. – doi: 10.1556/IRASE.4.2013.2.11 [1.3] Medgyasszay, P.–Szalay, Zs.: Optimization of building envelopecomponentsbasedon life cycle environmentalimpacts and costs. Advanced Materials Research, 2014, Vol. 899, 93–98. – TransTechPublications, Switzerland, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.899.93

48

Irodalom [1.4] Hrabovszky-Horváth S.–Szalay Zs.–Csoknyai T.: Comparative analysis for the refurbishment of the high-rise concrete building stock based on life cycle assessment scenarios. Proceedings, International Sustainable Building Conference, 2013, Graz, 241–250. [1.5] Költségoptimalizált számításról szóló 244/2012 bizottsági rendelet. www.energiaklub.hu [1.6] Severnyák Krisztina–Fülöp Orsolya: Épületek energetikai követelményei költségoptimalizált szintjének megállapítását megalapozó számítások. Energiaklub, 2013. http://energiaklub.hu/publikacio/energetikai-koltsegek-optimalizalasa [1.7] Kotek Péter–Mészégetőné Keszthelyi Andrea–Szabó László–Szajkó Gabriella: Vihar a rezsiben: A REKK elemzése a 2013. januári rezsicsökkentésről. Műhelytanulmány. Budapesti Corvinus Egyetem Regionális Energiagazdasági Kutatóközpont, 2013. [1.8] Fülöp Orsolya: NegaJoule2020. A magyar lakóépületekben rejlő energiamegtakarítási lehetőségek. Energiaklub, 2012. http://energiaklub.hu/publikacio/negajoule2020 [1.9] A közel nulla energiaigényű épületek követelményrendszere. A Debreceni Egyetem tanulmánya, készült a BM megbízásából, 2013. [1.10] http://www.naplopo.hu/tudastar/napsugarzasi-adatok [1.11] Zöld, A.–Egeresi, M.: Photovoltaic arrays on flat roofs – an aspect of yearly energy production. Advanced Materials Research, 2014, Vol. 899, 222–227. – doi: 104028/www.scientific.net/ AMR.899.222 [1.12] ProVerde: Budapest Zöldfelületi Rendszerének Fejlesztési Koncepciója és Programja, (egyeztetett dokumentáció), készítette a Studio Metropolitana Urbanisztikai Kutató Központ Kht., 2006. július 31., Budapest [1.13] 40/2012. (VIII. 13.) BM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet módosításáról [1.14] Talamon Attila: Napelemek és napkollektorok energiahozam szempontú összehasonlító elemzés. Debreceni Egyetem, III. Környezet és Energia konferencia 2014, Debrecen, 2014. május 9–10. [1.15] Az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet [1.16] Belügyminiszter 40/2012. (VIII. 13.) BM rendelete [1.17] András Zöld–Tamás Csoknyai: From Panel Building to Passive House. Trondheim International Symposium. Trondheim, Norvégia, 2006.06.12.–2006.06.14. 40–45. [1.18] http://www.energycity2013.eu [1.19] Csoknyai T.: Napelemes rendszer alkalmazásának városenergetikai szintű vizsgálata. Készült a Debreceni Egyetem Műszaki Kar Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszékén, 2012 [1.20] Csoknyai T.–Kalmár F.–Szalay Zs.–Talamon A.–Zöld A.: A megújuló energiaforrásokat alkalmazó közel nulla energiafogyasztású épületek követelményrendszere. Készült a Belügyminisztérium megbízásából a Debreceni Egyetem Műszaki kar Épületgépészeti és Létesítménymérnöki tanszékén, 2013. [1.21] Osztroluczky Miklós–Csoknyai Tamás: Az iparosított technológiával épült épületek felújítása: 12.10. fejezet. Épületfelújítási kézikönyv: Aktuális gyakorlati tanácsadó meghibásodásokról és helyreállítási módszerekről. Budapest, Verlag Dashöfer Szakkiadó Kft. [1.22] 18/2013. (III.28.) OGY határozat a Nemzeti Fenntartható Fejlődés Keretstratégiáról [1.23] Szalay Zs: Modelling building stock geometry for energy, emission and mass calculations. Building Research & Information, 2008, 36 (6) 557–567. [1.24] Zöld A.–Szalay Zs.: Nearly zero-energy requirements and the reference buildings. Advanced Materials Research, 2014, Vol. 899, 52–57.

49

2. A városklíma jellegzetességei és hatásai

2.1. Bevezetés A harmadik évezred elején a városok robbanásszerű növekedésének eredményeként a Föld népességének közel fele – hozzávetőleg 3 milliárd fő – él városokban. Az urbanizáció gyorsulása a vele járó környezeti problémák felerősödését is kiváltotta. A városi lakosság gyarapodásával egyre nagyobb számú népességet érintenek közvetlenül a kedvezőtlen környezeti hatások. Közöttük fontos helyet foglalnak el a meteorológiai, éghajlati következmények. Alapvető jelentőségű a felszín fizikai jellemzőinek és a levegő összetételének megváltozása a beépített területeken, amelyek legszembetűnőbb hatása a levegőminőség romlása, ezenkívül azonban szinte az összes meteorológiai elem megváltozik kisebb-nagyobb mértékben a külterülethez képest. A városklíma kifejezés összefoglalóan azt fejezi ki, hogy a települések beépített területén sajátos helyi klíma, azaz a város környéki területekétől eltérő éghajlat jön létre. A városklíma jelenségei közül e munka keretében az egyik fontos éghajlat-módosulással, a városok területén a környező beépítetlen felszínekhez viszonyítva kialakuló hőmérsékleti többlet, az úgynevezett városi hősziget (urban heat island – UHI) vizsgálatával foglalkozunk.

2.2. A városklíma kutatásának rövid története, a téma szakirodalmának áttekintése Már az ókorban felfigyeltek arra, hogy a város levegője eltér a vidéki levegőtől. Az orvostudomány atyjaként tisztelt kószi Hippokratész (i. e. 5. sz.) is utalt erre, feltételezve, hogy a város levegője káros az egészségre. Quintus Horatius Flaccus (Kr. e. 65–68 táján) ódáiban kárhoztatja Róma füstös levegőjét. Lucius Annaeus Seneca (kb. Kr. e. 3 – Kr. u. 65) szemléletesen fogalmazza meg: „Amint elhagytam Róma füstölgő kéményeinek bűzét, melyek, ha fűtöttek, okádták magukból a dögvészes párát és kormot, megváltozott a hangulatom.” A római szenátus 2000 évvel ezelőtt törvényt alkotott, amely szerint „A levegőt szennyezni nem szabad”, azaz „Aerem corrumpere non licet”. A Justinianus császár uralkodása idején, i. sz. 535-ben hozott intézkedések jogi képzésre szánt akkori tankönyvben is megtalálhatók. A „Dolgok törvénye” című fejezet világosan tartalmazza az ember levegőhöz való jogát: „A természet törvénye által ezek a jogok – a levegőhöz, a folyóvízhez, a tengerhez s következésképp a tengerpartokhoz való jogok azonosak 51


mindenki számára.” (Lib. II, Tit. I : Et quidem naturali iure communia sunt omnium haec: aer et aqua profluens et mare et per hoc litora maris) [2.1]. A középkor és újkor során Londonban, a legerősebben urbanizált európai városban a levegő szennyezettsége gyakran olyan mértéket ért el, hogy be kellett tiltani a faszén égetését, amint az 1273-ban is történt. A korabeli levegőminőségi helyzet súlyosságát az is mutatja, hogy 1306-ban, I. Edward király (1239–1307) megtiltotta a faszéntüzelést a kemencékben. I. Erzsébet (1533–1603) hasonló tilalmat rendelt el a parlament üléseinek idejére. A faszénről kőszénre történő váltás után a levegőminőségi helyzet tovább romlott Londonban. Feljegyzések szerint a 18. században a London feletti szennyezett légréteg gyakorta már 20–30 mérföld távolságból látható volt [2.2]. Londonnak a köddel kapcsolatos hírneve a német utazóktól származik, a 17. század végéről. A látogatók először csalódtak, amikor a köd megakadályozta őket abban, hogy élvezhessék a főváros látképét. A 19. században viszont sokan még inkább csalódtak akkor, amikor nem találkoztak London eme „nevezetességével”. 1888-ban James Russel Lowell költő, aki az USA minisztereként Angliába látogatott, a következőket írta: Miss Sedgwick részére Radnor Place, 2.

1888. október 3.

A ködös évszakunk elején vagyunk, ma épp sárga ködünk van, ami mindig felderít engem, oly szellemesen átváltoztatja a dolgokat. Van benne valami rejtélyes, ami hízeleg az ember önbecsülésének, ami lehetővé teszi, hogy ahhoz a kivételes réteghez tartozzunk, amely megteheti, hogy a magány aranypalástjába burkolózzon. És egyúttal nagyon festői látvány. Még a konflisokat is arany glória szegélyezi, és az emberek az utcán mind olyanok, mintha fakuló freskók képeiről léptek volna elénk. Még a szürke, sőt a fekete köd is új és ismeretlen világ, ami vonzza a halandót, aki megunta a megszokott tájakat. [2.2] A 17. század végén, a 18. század első felében jelentek meg és terjedtek el az első szabványosított meteorológiai mérőműszerek. A 18. század végén a Pfalzi fejedelem nagy támogatója volt a természettudományos kutatásnak. Az ő segítségével jött létre Európa első egységes elvek és eszközök alkalmazásával működő meteorológiai hálózata is - a Societas Metetorologica Palatina. Nem véletlen tehát, hogy a műszeres városklímamérések is a pfalzi fejedelemség székhelyén indultak el. 1783-ban Deuer, Mannheimben egy hideg téli éjjelen 6 °C-os hőmérsékleti különbséget észlelt a külváros és a fejedelmi botanikus kert között. 1818-ban jelent meg Luke Howard városok éghajlatával foglalkozó könyve [2.3]. Howard kémikus volt, azonban sokat foglalkozott meteorológiával, egyebek közt London éghajlatát és a légszennyezettséget is vizsgálta. Ő használta először a „városi köd” kifejezést is. Howard nevéhez fűződik annak felismerése, hogy a beépített városi területen melegebb van, mint a külterületeken. Bár még nem használta ezt a kifejezést, ő fedezte fel a városi hősziget jelenségét. 1820-ban méréssorozattal is alátámasztotta megfigyeléseit. Megállapította, hogy London belvárosa átlagosan 3,7 °C-kal melegebb a vidékénél. Ezt még, mint utána sokan, a fűtőanyagok elégetésével magyarázta [2.4]. 52

2.2. A városklíma kutatásának rövid története, a téma szakirodalmának áttekintése

A városklíma (stadtklima) kifejezést a beépített területek éghajlat-módosító hatásának leírására a német Stifter alkalmazta először 1843-ban [2.5]. A francia Emilien Renou 1862-ben végzett méréseket Párizsban. Igazolta Howard megfigyeléseit a városi hőszigetre vonatkozóan. Nem fogalmazza meg egyértelműen, de megfigyeléseinek dokumentációi arra utalnak, hogy a városban tapasztalható magasabb hőmérsékleteket ő már összefüggésbe hozta a levegőminőség és a sugárzási mérleg eltéréseivel. Először ő figyelt fel a szélsebesség csökkenésére a városban [2.6]. A 20. században a kutatás a városklíma újabb és újabb aspektusait tárta fel. 1908ban a német Kremser berlini vizsgálatai során először írta le a légnedvesség, a szélirány és szélsebesség módosulásait a városban [2.7]. August Schmauss a városok csapadékmennyiségre gyakorolt hatását vizsgálta Münchenben. Mérései során megállapította, hogy a városban több a csapadék [2.8]. 1927-ben az osztrák Wilhelm Schmidt forradalmasította a városklíma-kutatást azzal, hogy autóra szerelt mérőműszereivel először a világon mobil klímaméréseket végzett Bécs városában. A város különböző beépítettségű részein gyűjtött és a városkörnyéki állomások által mért adatok alapján jellemezte az osztrák fővárosban kialakuló városi hőszigetet [2.9]. Hagyományteremtő módszere még napjainkban is használatos. 1937-ben a Benedek-rendi szerzetes, a német Albert Kratzer írta meg az első komoly összefoglaló művet a témában, amiért a „városklimatológia atyjának” nevezik [2.10]. 1937-ben Kratzer még 225 munkát sorolt fel könyve zárásaként, ám az 1956-os második kiadásban már 533 cím szerepelt. Chandler 1970-ben, a WMO számára készített egy átfogó bibliográfiát a városklíma témájában. Művében 1800 munkát említ Chandler [2.11]. A második világháború után a kutatások szerteágazóbbakká váltak, az indusztrializáció kedvezőtlen hatásai rávilágítottak a légköri aeroszolok és egyéb szennyezők szerepére a városklíma alakulásában. Megjelentek a repülőgépes, helikopteres mérések, majd elérkezett a rádiószondázás, végül a műholdas megfigyelések ideje. Népes szakembergárdát és komoly technikai apparátust igénylő komplex városklíma-kutatások jellemzik korunkat. Jó példa erre az USA-ban, St. Louis városában lefolytatott METROMEX projekt, mely a nagyvárosi területek klimatikus viszonyainak összefoglaló tanulmánya volt. Hatalmas mérési adatsorok halmozódtak fel; az Applied Meteorology című hetilap összes számát ezek kiértékelésének szentelték, az 1970-es évek második felében. A kutatások szerteágazóvá válása sajátos területeket hozott létre a városklíma kutatási területén belül. Szepesi-Schirokné, Makra és munkatársai, Sansone és csoportja, Weber a városklíma és levegőminőség kapcsolatát, a légszennyező anyagok városi térben történő terjedését vizsgálja [2.12] [2.13] [2.14] [2.15] [2.16] [2.17] [2.18] [2.19]. Az utóbbi évtizedekben egyre inkább a meteorológiai paraméterek vertikális változásainak vizsgálata, illetve a városi felszín energia- és hőtranszport-folyamatainak tanulmányozása vált a kutatás másik fontos területévé amint azt Adegoke és munkatársai, Arnfield, Krayenhoff és Voogt eredményei is mutatják [2.20] [2.21] [2.22]. A városi hősziget és a beépített felszínek által módosított szélmező kutatása terén Lopes, Weber és Kutler, illetve Shiguang és kollégái által végzett vizsgálatok érdemelnek említést [2.23] [2.24] [2.25]. Napjaink legújabb eredményei az előző kutatási témákból indulnak ki. Fontos új fejlemény a távérzékelés felhasználása a városklíma-kutatás különböző területein amint azt Pongrácz, Dezső és munkatársai, Dousset és Gourmelon, illetve mások publikációi 53


tanúsítják [2.26] [2.27] [2.28]. Az elért eredményeken alapulnak napjaink Crawford és Grimmond, Mailhot és kollégái, Krayenhoff és Voogt, Unger és munkatársai, illetve Molnár által létrehozott városi energia- és hőtranszport-, levegőminőség- és légáramlásmodelljei [2.29] [2.30] [2.31] [2.32] [2.33] [2.34] [2.35]. A jelenség bizonyított hatással van az ember szervezetére, egészségére. Ezért, a kutatók jelentős Probáld, Molnár, Ait-Ameur, Jendritzky, Andrade, Johansson és munkatársai, Katzshcner, Petralli és kutatócsoportja, Rohinton és kollégái, illetve Shript és munkatársai által képviselt csoportjának érdeklődése a városklíma biometeorológiai hatásainak, a városi humánkomfort vizsgálatának irányába fordult [2.36] [2.37] [3.38] [3.39] [2.40] [2.41] [2.42] [2.43] [2.44] [2.45] [2.46]. Az épületek, épületcsoportok elhelyezésében, tájolásában, a zöld felületek létrehozásában, klimatikus szempontból minél komfortosabb lakókörnyezet kialakításában a városklíma-, s a városi humánkomfort-vizsgálatok segítséget nyújthatnak az építészeknek, ahogyan ezt Troudert, Mayer és mások munkái is alátámasztják [2.47]. Erre ott van elsősorban lehetőség, ahol új településeket, településrészeket építenek. Jó példákkal találkozhatunk az ilyen együttműködésre izraeli kutatók mint Cohen, Pochter és munkatársaik, vagy Coutts és kollégái részéről [2.48] [2.49]. Napjainkban Sproken-Smith és Oke, Bacci és munkatársai, illetve Shashua és kollégái vizsgálataiban egyre nagyobb hangsúlyt kapnak a városi zöld felületek, parkok a hősziget kedvezőtlen következményeit mérséklő hatásának, a „park hűvös sziget” („Park Cool Island” − PCI) jelenségnek a kutatásában [2.50] [2.51] [2.52]. Magyarországon a városklímával kapcsolatos kutatások már a 19. század végén elkezdődtek. Az akkori munkák inkább csak történeti érdekességek, melyekben a szerzők Budapest és környéke éghajlati viszonyait elemezték, az addig összegyűlt mérési adatok alapján. Az első modern, valóban városklimatológiai értékelés az 1970-es években készült. Probáld Ferenc 1974-ben Budapest városklímája című munkájában részletesen tárgyalta a városnak az egyes meteorológiai elemekre gyakorolt hatásait, elemezte a levegőszennyezettség hatásait, sőt, még különböző klímaterületeket is kijelölt a fővároson belül [2.53]. Ezt Miklósi munkája egészítette ki az 1980-as évek elején [2.54]. Napjainkban a hazai városklíma kutatás elsősorban a hősziget-effektusra és a városi levegőszennyezőkre koncentrál. A felszíni mérések mellett a hőszigethatás műholdfelvételek alapján történő értékelésére is sor került Budapest mellett több vidéki váro sunk vonatkozásában. Az ELTE Meteorológia Tanszékén Bartholy Judit, Dezső Zsuzsa Pongrácz Rita a Terra műhold MODIS szenzora által érzékelt felszíni hőmérsékletek alapján értékelte több településünk hőszigetének jellegzetességeit [2.27]. Kevés városunkról készültek átfogó vizsgálatok és azok eredményeit értékelő munkák. Szegedre Unger János, Bottyán Zsolt, Gulyás Ágnes és Sümeghy Zoltán [2.55] [2.56] [2.57], illetve a levegőminőség vonatkozásában Makra László és munkatársai [2.58] [2.13] [2.59] [2.60] [2.61] [2.62] [2.63] [2.64] [2.65] vizsgálatai emelkednek ki. Debrecenre a Justyák János, Tar Károly, valamint Szegedi Sándor [2.66] [2.67], valamint Egerre a Roncz Béla (Roncz 1984) nevéhez fűződő eredmények érdemelnek említést. A városi környezettel, a [2.68] lokális és mikroklímákkal foglalkozó egyetemi jegyzetekben, továbbá a levegőminőség-védelemmel foglalkozó szakkönyvekben is megjelenik a városklíma problémája [2.69] [2.70] [2.71] [2.72] [2.73]. 54

2.3. A városklíma térbeli lehatárolása

Debrecenben az itt tárgyalt kutatások mellett, részben azzal összefüggésben történtek vizsgálatok a városi hőtöbblet és a nővények fenológiai fázisaiban a városon kívüli területekhez képest bekövetkező eltolódásokra vonatkozóan is [2.74] [2.75]. Szegedi és munkatársai a Debrecenben és a környezetében fekvő településeken vizsgálták a hősziget tér és időbeli jellegzetességeit [2.76].

2.3. A városklíma térbeli lehatárolása Ahogy a város mint térbeli egység kisebb elemek (épületcsoportok, utak, parkok stb.) mozaikjából épül fel, úgy a városklíma is kisebb építőkövek, mikroklímák mozaikjaként jelenik meg [2.77]. Az épületeken kívül megfigyelhető, kis térbeli kiterjedésű éghajlati jelenségek, a mikroklímák rövid időtartamú, változékony jelenségek. Jellegzetes kifejlődésük konkrét, jól definiálható időjárási helyzetekhez kötődik: a derült, szélcsendes, anticiklonális időjárási helyzetek kedveznek kialakulásuknak [2.70] [2.69]. A különböző felszínfedésű, tájolású, méretű utcák, terek, parkok és udvarok mindegyike közös vonásokkal is rendelkező, mégis sajátos éghajlatot alakít ki. Az azonos jellegzetességek a városi helyi klíma keretében mutatkoznak meg. A városklíma az Orlanskiféle osztályozás alapján meso-γ skálájú légköri jelenség [2.78]. A város klímamódosító hatásának vizsgálatánál a viszonyítási alap mindig a tágabb beágyazó környezet „háttérklímája”. Ha a város nem állna ott, akkor az adott szűkebb helyen ennek a háttérklímának a város helyén jellemző természetföldrajzi viszonyok által meghatározott értékeit mérhetnénk. Erre az alapra rakódik a város klímamódosító hatása. A városok légtere az erős horizontális tagoltság mellett sajátos vertikális rétegzettséget is mutat. Ezek a rétegek a vastagság, és jellegzetes folyamataik alapján elkülönülő városi határréteg és a városi tetőszintréteg [2.79]. A városi határréteg (Urban Boundary Layer – UBL) magassága erősen változó, függ a felszíni érdességi viszonyoktól. A városi határréteg két további, a tetőszint alatti és feletti rétegre különíthető el (2.1. ábra). A városi határréteg lokális vagy mezoléptékű éghajlati jelenség. Alapja a tetőszint közelében van, jellemzőit a városi felszín fizikai paraméterei határozzák meg. A UBL szerkezete és dinamikája nappal hasonló a vidéki határrétegéhez (Rural Boundary Layer – RBL), azonban örvényesebb (turbulensebb) légmozgásokkal rendelkezik, melegebb, szárazabb és a légszennyező anyagok koncentrációja akár nagyságrendekkel is nagyobb benne [2.79]. A városi határréteg burok formájában öleli körül a települést. Függőleges kiterjedése meghaladja az RBL magasságát. A városi határréteg alakja attól függ, hogy milyen a környező légtér függőleges hőmérsékleti eloszlása, van-e hőmérsékleti inverzió, s milyen erős a szél. Az inverziós réteg alatt a légszennyező anyagokból egy „szennyező kupola” alakul ki. Ez szélcsend esetén megül a városon, szabályos dóm alakot vesz fel. Inverziómentes helyzetben a kupola tetőszint feletti részében erősen keveredik a levegő a városon kívüli tisztább levegővel. A hőmérsékleti inverzió megakadályozza ezt a keveredést, a szennyező anyagok ilyenkor az inverziós réteg alatti talajszint közeli légtérben feldúsulhatnak. 55


városi „toll” városi határréteg

uralkodó szél

vidék

külváros

belváros

városi tetőteg

külváros

vidéki határréteg

vidék

2.1. ábra. A városi légkör szerkezete Forrás: [2.69]

Már gyenge vagy közepes erősségű szélben (2–5 m/s szélsebesség esetén) is a városi határréteg egy füstfáklya formájában elnyúlik a vidéki (természetes) légköri határréteg felett a szélirány szerint (2.1. ábra). Így a városon túl a természetes felszínek fizikai paramétereinek megfelelően kifejlődött RBL fölött – sokszor a várostól 10–100 km-es távolságra is kiterjedve – helyezkedik el ez a városi levegő tulajdonságait hordozó réteg. Ilyen helyzetben a város irányából érkező szennyező anyagok a vidéki határréteg fölé kerülnek, ezért lefelé nem mozoghatnak, csak felfelé van keveredési, hígulási lehetőségük. A városon kívüli terület felett így bizonyos magasságig viszonylag tiszta légtér alakulhat ki. Éjszaka az UBL gyökeresen más dinamikájú, mint vidéki megfelelője. Zavartalan, derült szélcsendes meteorológiai feltételek között magassága gyakran a 300 m-t is eléri, és továbbra is jellemző rá a viszonylag erős keveredés, míg az RBL-ben a kisugárzás hatására erőteljes inverziós rétegzettség alakul ki. Az UBL-en belül, az átlagos tetőszintmagasságban alakul ki az ún. városi tetőszintréteg (Urban Canopy Layer – UCL). Magassága városnegyedenként a beépítési típusokra jellemző átlagos tetőszintmagasság eltéréseihez igazodva ingadozik. Tulajdonságait mikroléptékű (épületekhez, terekhez, parkokhoz stb. kapcsolódó) folyamatok határozzák meg [2.79].

2.4. A városklíma kialakulásának okai A klímaelemek változásait a városi térben alapvetően az okozza, hogy a mesterséges felszínek hő- és vízgazdálkodási tulajdonságai valamilyen mértékben eltérnek a természetes felszínekétől. Ezek a módosulások röviden a következőkben foglalhatók össze: ◆ Megváltozik a városi légkör összetétele és szerkezete. A termelési és fogyasztási folyamatok során jelentős mennyiségű, mikrométer-, tizedmikrométer méretű szilárd vagy cseppfolyós halmazállapotú diszperz részecske, ún. aeroszol, illetve a légkör sugárzás-visszatartó képességét befolyásoló gáz kerül a levegőbe. Ezek fontos szerepet játszanak az energiamérleg és a kondenzáció folyamataiban, a városi légtérben. 56

2.4. A városklíma kialakulásának okai

◆ Az épületek tetőszintjében egy új sugárzáselnyelő és sugárzó aktív felszín jön létre. ◆ A városi felszínt elsősorban felépítő mesterséges anyagok a természetes anyagoktól jelentősen eltérő hőtani jellegzetességekkel rendelkeznek. Albedójuk általában kisebb, ugyanakkor hővezető képességük és hőkapacitásuk nagyobb a természetes anyagokéihoz képest. ◆ A tagolt városi aktív felszín összetett geometriájának köszönhetően csökken a hosszúhullámú kisugárzási veszteség a beépítetlen területekéhez viszonyítva. ◆ A városi légkör energiamérlegében a különböző földrajzi szélességeken eltérő arányban, de fontos szerepet játszik az emberi tevékenységek során (közlekedés, energiatermelés, fűtés, ipar) előállított és a városi légkörbe juttatott hő. ◆ A természetes felszín helyét vízet át nem eresztő utak, járdák, és csatornák rendszere veszi át. Ennek következtében a felszínre érkező csapadék sokkal kisebb hányada szivárog be a talajba, mint a természetes felszínek esetében. A lefolyó víz mennyisége és a lefolyás sebessége ugyanakkor jelentősen megnő. A fenti változások eredményeként a városi beépített felszínek energiaegyenlege jelentősen eltér a természetes felszínekétől, ami végső soron az éghajlati elemek módosulásához vezet. A változásokat és következményeiket a 2.1. táblázat foglalja össze. 2.1. táblázat. A városklíma kialakulásához hozzájáruló tényezők a városi határrétegben és a városi tetőszintrétegben A városklíma kialakulásában szerepet játszó tényezők és következményeik

Változások az energiaegyenlegben

Városi határréteg (UBL) Nagyobb homályosság: erősebb extinkció

Megnövekszik a rövidhullámú sugárzás elnyelés

Kémények, környezetükből kiemelkedő épületek hőveszteségei

Antropogén hőtöbblet

UCL hősziget a tetők szintjéből erősebb hőáramlást idéz elő

Nő a szenzibilis hőbevétel az UCL irányából

Városi tetőréteg (UCL) Nagyobb légszennyezettség: nagyobb elnyelés és visszasugárzás

Több hosszúhullámú sugárzás az égbolt felől

Az épületek és a gépjárművek által a légkörbe juttatott hő

Antropogén hőtöbblet

Az utcák geometriája: nagyobb aktív felszín és többszörös visszaverődés

Megnövekedett rövidhullámú sugárzás elnyelés

Az építőanyagok nagyobb hővezető képessége

Nagyobb szenzibilis hőtárolás

Az utcák geometriája növeli a horizontkorlátozás mértékét

Csökken a hosszúhullámú sugárzási veszteség

A mesterséges felszínborítás kisebb vízáteresztő képessége

Nagyobb lefolyás; csökkenő vízvisszatartás, kisebb evapotranszspiráció

A érdesebb városi felszín: csökkenő szélsebesség

Kisebb turbulens hőszállítás

Forrás: [2.71] alapján.

57


2.4.1. Az energiaegyenleg változásai a városi területeken a természetes felszínekhez képest Az energiaegyenleg szempontjából az adott felszín teljes sugárzásegyenlege alapvető fontosságú, mivel meghatározza a rendszerbe bejutó és bennmaradó napsugárzásból származó, a felszín és a felszín feletti légtér közti kölcsönhatások, meteorológiai folyamatok számára rendelkezésre álló energiamennyiséget. A teljes sugárzási egyenleg (Q*) rövid- és hosszúhullámú összetevőkből áll (2.2. ábra). A rövidhullámú egyenleg (S*) a légkörön át a felszínt elérő (S↓) és a felszín által visszavert rövidhullámú sugárzásmennyiség (S↑) különbsége (a felszín által elnyelt rövidhullámú sugárzási energiamennyiség). A hosszúhullámú egyenleg (L*) az elnyelt rövidhullámú sugárzástól felmelegedő felszín által kisugárzott (L↑) és a légkör üvegházgázai által elnyelt és visszasugárzott hosszúhullámú sugárzási energiamen�nyiség (L↓) különbsége (effektív kisugárzás, vagyis a légkörből távozó hosszúhullámú sugárzási energiamennyiség):

Q* = S*+L* = S↓ – S↑ + L↓ – L↑(2.1)

A mesterséges városi felszín és a vidékitől eltérő összetételű városi légtér esetében a sugárzási egyenleg minden egyes összetevője módosul. HOSSZÚHULLÁMÚ EGYENLEG

RÖVIDHULLÁMÚ EGYENLEG

A légköri ablakon át távozó

égboltsugárzás

bejövő rövidhullámú visszavert rövidhullámú

A légkör saját kisugárzása elnyelt

szórt szórt

elnyelt

elnyelt

visszasugárzott

kibocsátott hosszúhullámú

2.2. ábra. A városi felszín sugárzási egyenlegének összetevői Forrás: [2.67]

58


A városi levegő homályossága nagyobb, benne a vidéki területekéhez képest tízszer, ezerszer nagyobb az aeroszol részecskék térfogategységen belüli aránya [2.80]. Ennek következtében a sugárzásátbocsátó képessége kisebb. A bejövő rövidhullámú sugárzás (globálsugárzás), ami direkt és szórt, valamint a visszavert sugárzás felszín felé szórt összetevőiből áll, a városi légtérben átlagosan 2–10%-kal kevesebb a vidéki területekhez képest [2.79]. A városi felszínek építőanyagainak albedója átlagosan 5–10%-kal kisebb a természetes felszínekre jellemző értéknél. A kevesebb beérkező sugárzásnak tehát nagyobb hányada nyelődik el a városi felszíneken. Következésképp, a rövidhullámú sugárzási egyenlegben a pozitív és negatív hatások nagyjából kiegyenlítik egymást. Közrejátszik ebben az is, hogy az erősen tagolt városi felszín nagyobb sugárzáselnyelő aktív felszínt jelent, hiszen a vízszintes felületek mellett a kiterjedt falfelület is szerepet játszik a sugárzáselnyelésben. A tagolt vízszintes és függőleges felszínek közötti többszörös visszaverődés szintén növeli az elnyelt rövidhullámú sugárzás mennyiségét a természetes felszínekhez képest (2.3. ábra). A városi határrétegben tehát csökken a vízszintes felszínre beérkező globálsugárzás mennyisége. A tetők jelentős része azonban nem vízszintes, így azokon a lejtős felszínekre jellemző sugárzásmódosító domborzati hatások érvényesülnek. Mindezek röviden a következőkben foglalhatók össze.

bejövő rövidhullámú sugárzás

elnyelt rövidhullámú sugárzás

többszörösen visszavert rövidhullámú sugárzás elnyelt rövidhullámú sugárzás 2.3. ábra. A tagolt városi felszínen lejátszódó többszörös visszaverődés szerepe a rövidhullámú sugárzáselnyelés megnövekedésében Forrás: [2.67]

59


A lejtőkön a tájolás és a dőlésszög szerint jelentős sugárzásbeviteli és hőmérsékleti különbségek alakulnak ki. Ez az expozíciós hatás. Közepes szélességeken (az északi féltekén) a keleti, déli és nyugati tájolású lejtők a vízszintes síkhoz képes évente max. +36% közvetlen sugárzási többletben részesülnek. Legnagyobb besugárzási többlet a 25°–45° hajlásszögű lejtőkön a téli félévben jelentkezik [2.81]. A legerősebb a csökkenés a téli napfordulón az északi lejtőkön. A déli lejtők energiabevétele nyáron csak 20° dőlésszögig nő az észak felé hajló nappálya miatt. A lejtőszög növekedésével a különböző tájolású lejtők közti energiabevételi különbség fokozódik. Az expozíciós hatás a közepes szélességeken érvényesül a legerősebben, míg a nagy besugárzásban részesülő trópusokon és a kevés sugárzási energiához jutó sarkvidéki területeken ennek a jelentősége jóval kisebb. Hazánkban a számítások szerint az eltérő tájolású és dőlésszögű lejtőkre jutó napi energiamennyiség a vízszintes síkra érkező energiamennyiség %-ában kifejezve a következőképpen alakul (2.2. táblázat). 2.2. táblázat. A különböző tájolású és dőlésszögű lejtőkre érkező sugárzási energiamennyiség eltérései Lejtőirány

Lejtőszög 0°

10°

25°

45°

É

100

88

58

19

90° 2

ÉK

100

96

75

49

19

K

100

101

85

77

41

DK

100

119

125

121

64

D

100

119

131

136

74

Forrás: [2.81]

A mesterséges felszíneket alkotó építőanyagok hőelnyelő, hőszállító és hőtároló képessége nagyobb a természetes felszínek anyagaira jellemző értéknél. A mesterséges felszínek, illetve a szennyezett városi levegő kisugárzóképessége ugyanakkor kisebb a természetes felszínekénél. A kisebb sugárzásienergia-kibocsátó képességet azonban a hősziget, a melegebb városi levegő erősebb kisugárzása ellensúlyozza [2.71]. A város légterében a nagyobb koncentrációban jelen lévő üvegházhatású gázok hatékonyabban tartják vissza a sugárzási energiamennyiséget. A felszín geometriája, az egymással szemközti falfelületek közötti összesugárzás, illetve a magas épületek közötti nagyobb horizontkorlátozás (SVF – Sky View Factor), a 180°-nál kisebb kisugárzási térszög szintén csökkenti a kisugárzási veszteséget. A hosszúhullámú sugárzési egyenleg esetében is egymást kioltó folyamatok működnek. A városi terület teljes sugárzási mérlegének eltérése a külterületétől általában nem több 5%-nál [2.79]. Ezek a változások önmagukban még nem indokolják jelentős hőtöbblet kialakulását a városi területeken. A teljes sugárzási egyenleg a felszín energiaegyenlegének az alapja. Az energiaegyenlegben a sugárzási egyenleggel különböző felszíni termodinamikai folyamatok tartanak egyensúlyt. A természetes felszínek energiamérlegének alakulásában a nappali rövidhul60


lámú sugárzás és az éjszaka kizárólagos hosszúhullámú sugárzás egyensúlya játszik szerepet. A felszín energiatöbbletét/-veszteségét a talaj irányába/irányából történő konvektív hőszállítás (QG), valamint a légkör irányába/irányából történő szenzibilis (QH) és latens (QE) hőtranszport (QH + QE) egyenlíti ki. A latens hőmennyiség a víz párolgása és az élőlények párologtatása (evapotranszspiráció) által elvont hőmennyiséget, míg a szenzibilis (magyarul érzékelhető) hő a levegő felmelegítésére fordított hőmennyiséget jelenti. A természetes felszín energiaegyenlege (Q*) tehát a következőképpen alakul:

Q* = QH + QE + QG

(2.2)

Mivel azonban az energiatranszport-folyamatokban a talajban és a vízben hővezetés is történik a mélyebb szintek felé, ezért ezekben a rendszerekben az energiatárolás változását (DQS) is figyelembe kell venni. Az előbbi egyenlet tehát így módosul:

Q* = QH + QE + QG + DQS

(2.3)

Antropogén hatások következtében a városi felszín energiaegyenlegében is új elemek jelennek meg, illetve módosul a korábban tárgyalt elemek aránya. Az előbbi tényezők mellett az emberi tevékenységek során a légkörbe kibocsátott hőmennyiséget (QF) is figyelembe kell venni. Ennek értéke hozzáadódik a sugárzási egyenleg értékéhez. A városi területek energiaegyenlege így:

Q* + QF = QH + QE + QG + DQS

(2.4)

Az antropogén hőtöbblet a fűtés/légkondicionálás, közlekedés, ipari termelés és más energiafelszabadítási folyamatok melléktermékeként kerül a városi légtérbe. Ennek a természetes energiabevételhez viszonyított aránya a földrajzi szélességtől és a város fejlettségétől függ. Napi átlaga a mérsékelt égövben az elővárosi területeken 5 W/m2, míg a belvárosi területeken 50 W/m2 körül mozog. Értéke általában a mérési határon belülre esik, tehát mérni még elvileg sem lehet. Magas szélességeken, illetve a legfejlettebb metropoliszok központi területein értéke a napsugárzásból származó energia-bevétellel összemérhető lehet. Általában attól egy nagyságrenddel kisebb az aránya [2.82]. A városi területek építőanyagai a természetes felszíneket felépítő anyagoknál sokkal több hő tárolására képesek nagyobb hővezető képességük és hőkapacitásuk miatt. A nagyobb hőtárolás hatása különösen az éjszaka folyamán jelentős, ilyenkor a tárolási tényezőnek döntő szerepe van e teljes energiaegyenleg alakításában. A nagyobb hőtárolásban a városi felszín geometriájából adódó kisebb kisugárzási veszteségnek is szerepe lehet [2.69]. A szenzibilis és latens hő arányát (QH/QE) a Bowen-arány fejezi ki. Ezt a felszín termodinamikai tulajdonságai és a légkör állapota (elsősorban a turbulencia szintje) határozza meg. A turbulens hőszállításon belül a szenzibilis és latens hő arányát döntő módon befolyásolja a felszín nedvességi állapota. Ha a felszín nedvesség ellátottsága bőséges, az evapotranspiráció mértéke csak a rendelkezésre álló energia mennyiségétől függ. A latens hő aránya ilyen esetben maxi61


mális, következésképp a levegő felmelegítésére fordítható szenzibilis hő aránya minimális. A nedvesebb felszín felett a levegő tehát azonos mennyiségű rendelkezésre álló energia esetén kevésbé melegedhet fel. A felszín nedvességének csökkenésével párhuzamosan a felszín által elnyelt sugárzási energiának egyre nagyobb hányada fordítódhat annak felmelegítésére: tehát a QH aránya növekszik a QE rovására. Amint láthattuk, a természetes és városi felszínek jelentősen eltérő energia egyenleggel jellemezhetők. Ezek az eltérések a két terület eltérő vízmérlegével magyarázhatók. Mivel a sugárzási egyenleg nem tér el jelentősen a két területen, csak a nedvességellátottság különbségei vezethetnek az energia-egyenleg eltéréseihez [2.69]. Csapadékos időszakokban, amikor a városi és a természetes felszín nedvességellátottsága is bőséges, az eltérések minimálisak. Ugyanakkor a száraz periódusokban a város az érzékelhető hő felhalmozódásának területévé válhat.

2.4.2. A városi vízmérleg A természetes területek vízmérlegében a bevételi oldalon áll a lehullott csapadékmennyiség (p). Ezzel tart egyensúlyt az evapotranszspiráció (E), a felszíni és felszín alatti lefolyás (Δr), a beszivárgás (f), a kapilláris vízemelés (k), a tárolás (Δs), valamint a horizontális nedvességszállítást és a talajvízképződést is figyelembe véve a nedvességadvekció mértéke (ΔA):

p = E + Δr + f + k + Δs (+ ΔA)

(2.5)

Az evapotranszspiráció a felszíni párolgás (evaporáció) és az élőlények párologtatása (transzspiráció) által együttesen a légkörbe juttatott vízmennyiség. Ebbe a felszínen tárolt és később elpárolgó víz, vagyis az intercepció is beleértendő). A városban koncentrálódó egyes tevékenységek, illetve a felszín mesterséges módosításai a vízmérleg tényezőinek változásait, illetve új tényezők megjelenését idézik elő. A módosított vízmérleg a következő egyenlettel írható le:

p + I + F = E + Δr + f + k + Δs (+ ΔA),

(2.6)

ahol I a városi rendszerbe kívülről, az ember által bejuttatott víz, melynek mennyisége a csapadékhoz viszonyítva is igen jelentős lehet egy fejlett nagyváros esetében. F az égési folyamatok révén a légkörbe kerülő víz. Ennek a volumene sem elhanyagolható, hiszen a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során a szén-dioxidhoz hasonló mennyiségben keletkezik. Pl. egy metán molekula tökéletes égése során egy szén-dioxid és két vízmolekula jön létre: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O(2.7) Ezek a tényezők tehát növelik a városi rendszer vízbevételét. A párolgás és a tárolt víz mennyisége ugyanakkor csökken. Csökken továbbá a természetes talajfelszín és a növényzettel borított felszínek kiterjedése is, melyek az evapotranszspiráció fő for62

2.5. Az éghajlati elemek módosulásai a városklímában

rásai. A mesterséges, vízet át nem eresztő talajfedés akadályozza a beszivárgást, ami ugyancsak csökkenti a párolgást (E) és a tárolt víz mennyiségét (Δs) is. A mesterséges felszínekről az ember igyekszik eltávolítani a vizet, ily módon csatornázza az általa felügyelt területeket. A kis érdességű, növényzet nélküli felszíneknek egyébként is kisebb a vízvisszatartó képessége. A lefolyás rajtuk gyors, robbanásszerű (Δr). A városi felszín nedvességellátottsága összességében tehát kisebb, mint a természetes felszíneké. Ez az energiamérlegen belül az érzékelhető hő arányának a megnövekedését idézi elő a latens hő rovására, tehát hozzájárul a városi hőtöbblet kialakulásához, ami közvetlenül, vagy közvetve minden éghajlati elem változását maga után vonja.

2.5. Az éghajlati elemek módosulásai a városklímában A városklíma és a városi hősziget kialakulásának döntő jelentőségű eleme a beépített városi felszín természetestől eltérő hőháztartása. Ez közvetlenül, vagy áttételesen hatással van a hőmérséklet és a párolgás alakulására, valamint a légcirkuláció, a kondenzáció és a csapadékképződés folyamataira is.

2.5.1. A városi hősziget A városok éghajlat-módosító hatásai között fontos helyet foglal el az egyik legkorábban leírt jellegzetesség, a városi hőmérsékleti többlet. Az energia- és vízmérleg előzőkben ismertetett megváltozása, az érzékelhető hő arányának és a hőtárolásnak a megnövekedése különösen napnyugta után jelentősen melegebbé teheti a város levegőjét a környező beépítetlen területekhez képest [2.82]. A város ilyenkor meleg szigetként emelkedik ki a környező területek hideg tengeréből. A jelenség az izoterma-térképeken a szintvonalas térképek hegy, vagy sziget ábrázolásaihoz hasonlatos képet mutat. Innen ered a városi hősziget elnevezés (2.4. ábra). A városi hősziget fejlődése sajátos idő- és térbeli jellegzetességeket mutat. Számos vizsgálat szerint a nyári, ősz eleji időszakban, vagy télen a legerősebb a hősziget jelenség, míg más települések esetében nem változik jelentősen az év folyamán. Budapest esetében, pl. a havi átlaghőmérsékletben 1,5 °C többlet mutatkozik januári maximummal [2.53]. A település és a környező beépítetlen területek közötti hőmérsékleti különbség − az ún. hősziget-intenzitás − főként nyáron, a derült szélcsendes időszakokban mutat jelentős napi eltéréseket. Ilyen esetekben a hőmérsékleti különbség napközben minimális. Előfordulhat, hogy a városban hidegebb van a környezeténél, majd a városi hőmérséklet délután, napnyugta után kezd növekedni, amikor a napközben elnyelt hőt a mesterséges aktív felszínek visszasugározzák. A hősziget legerősebb kifejlődését általában napnyugta után 3–5 órával éri el, majd újra gyengülni kezd [2.53]. Télen és borult, szeles időben a napi menet kevésbé határozott, de a különbség akkor is az esti órákban a legnagyobb [2.83]. 63

2. A városklíma jellegzetességei és hatásai „fennsík”

„csúcs”

„fennsík”

„szirt”

léghőmérséklet

„szirt”

külterület

külváros

belváros

külváros

külterület

park gyenge szél

2.4. ábra. A városi hősziget Forrás: [2.69]

A hősziget kifejlődése jelentős mértékben függ a nagytérségi meteorológiai feltételektől. Legerősebb derült szélcsendes, anticiklonális időjárási helyzetekben, amikor a kiés besugárzás zavartalan, illetve a szél nem fújja el a beépített terület felett felmelegedő levegőt. Ilyen esetben nagyobb városok felett akár 300–400 m magasságig is kimutatható a városi határrétegnek a környezeténél melegebb levegője [2.71]. Az éjszaka folyamán a városon kívüli területek légterében gyakran hőmérsékleti inverzió alakul ki. Ennek következtében a vidéki terület felett néhány száz méter magasságban melegebb lehet, mint a talaj közelében. Ilyen helyzetben, a városi inverziómentes légrétegben adott magasságban alacsonyabb lehet a hőmérséklet, mint a természetes felszín feletti inverziós rétegzettségű levegőben, ugyanabban a magasságban. Ezt a jelenséget nevezik cross over hatásnak. Korai felismerés, hogy borult és/vagy szeles időjárás esetén a hősziget gyenge, vagy ki sem alakul [2.84]. A kritikus szélsebesség, ami „elfújja” a hőszigetet, függ a településmérettől: a nagyobb városok erősebb hőszigettel rendelkeznek. A kritikus szélsebesség és a lakosságszám logaritmusa (közvetve a településméret) közötti összefüggést adja meg a következő képlet [2.79]:

v = 3,41 × lgP – 11,6 [m/s]

(2.7)

A hősziget alakját már kisebb szélsebesség is deformálja. A városi határréteg melegebb levegőjét a vidéki határréteg fölé húzza a város lee oldalán. 64


A hősziget térbeli képét az adott település mérete és beépítési viszonyai határozzák meg [2.85]. Ennek alapján általánosságban megállapítható, hogy a peremek felől a városközpont felé – a beépítés sűrűségével párhuzamosan – haladva növekszik a hősziget intenzitása, vagyis növekszik a külterülethez képest a hőmérséklet-különbség [2.86]. A település méretével, lélekszámával logaritmikus összefüggés szerint növekszik a hősziget erőssége. Amerikai kutatók [2.87] empirikus formulát dolgoztak ki a lakosságszám és a hősziget-intenzitás közötti összefüggés leírására: ΔT(u–r)max = 2,01×logP–4,06,

(2.8)

Maximális hősziget-intenzitás (°C)

ahol ΔT(u–r)max a hősziget-intenzitás, vagyis a városi (u) és a vidéki (r) területen mért hőmérséklet különbsége, P pedig a település lakosságszáma. Hogy mekkora a legkisebb településméret, amely még hőszigetet generálhat, azt az adott területen jellemző beépítési szerkezet dönti el (2.5. ábra). Az ábra csak sejtetni engedi, hogy 1000 főnél kisebb lakosságú európai és észak-amerikai településeken is kialakulhat hősziget. Erre vonatkozóan azonban még a nemzetközi szakirodalomban is kevés a rendelkezésre álló adat. A települések méretének növekedésével párhuzamosan a hősziget-intenzitás is növekszik [2.88]. Egy-egy város méretének növekedésével tehát a hősziget-hatás is erősödik. 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 103

Észak-Amerika Európa Japán Korea

104

105 Népesség (fő)

106

107

2.5. ábra. A hősziget-intenzitás és a településméret közti összefüggés különböző országokban végzett mérések alapján Forrás: [2.69]

A hősziget kialakulása szempontjából a városok lakosságszámán keresztül figyelembe vett méret csak az egyik fontos paraméter. Mivel az eltérő építészeti hagyományokkal rendelkező kontinenseken, országcsoportokban azonos lélekszámhoz és térbeli kiterjedéshez jelentősen eltérő szerkezet, beépítési sűrűség tartozhat, az egyes 65


országok azonos lélekszámú településein nagyon különböző erősségű hőszigetek alakulhatnak ki, amint az a 2.4. ábrából is kitűnik. A településméret mellett célszerű az utcák geometriai paramétereit figyelembe vevő H/W arány alkalmazása, ahol H (height) az épületek átlagos magassága, míg a W (width) az utcák átlagos szélessége. Ennek felhasználásával a maximális hősziget-intenzitásra a következő összefüggés adódik [2.70]: ΔT(u–r)max = 7,54 + 3,97 ln(H/W)

(2.9)

A H/W arány alapvetően hat a sugárzási egyenleg alakulására a városi területeken, ezért erősen befolyásolja a városi hősziget kialakulását is. A hősziget pozitív hatása, hogy csökkenti a téli félévben a fűtési energia szükségletet, a fagyos és a téli napok számát, a hideg időszakok hosszát. Nő ugyanakkor a nyári és hőségnapok száma. Negatív hatásai főképp a meleg nyarú területek nyarán jelentkeznek. Az esti-éjszakai magasabb hőmérséklet jelentősen ronthatja a városlakók komfortérzetét.

2.5.2. A köd és a csapadék jellemzőinek változásai a városokban A párologtató természetes felszínek visszaszorulása, esetenként teljes hiánya és a magasabb városi hőmérséklet együttesen a relatív nedvességtartalom jelentős, 8–10%-os csökkenését idézi elő a városok légterében a városon kívüli területekhez képest [2.69]. A különbség a hőmérsékleti többlethez igazodva a legnagyobb általában nyáron és az esti órákban [2.5]. A páranyomás esetében a kép összetettebb, függ a vizsgált várostól és időszaktól. A kondenzációs magok nagy száma a viszonylag alacsony légnedvesség ellenére is elősegíti a vízgőz kicsapódását. A ködképződés – különösen a nagyvárosokat átszelő folyók mentén – jelentősen meghaladhatja a környező területeken jellemző értéket. A nagyvárosokban gyakori jelenség a szilárd aeroszol részecskék alkotta ún. száraz köd. A csapadékgyakoriság vonatkozásában a vizsgálatok eredményei nem teljesen egybehangzóak. A legtöbb tanulmány szerint az összcsapadék mennyiségét a városi hatás növeli. A csapadékösszeg növekedése főként a város lee oldalán figyelhető meg. Ez azzal magyarázható, hogy az erősen felmelegedő városközpont felett a legerősebb a konvekció, ami erősítheti a felhőképződést a város fölé érkező páradús légtömegekben. A csapadék aztán a város „mögötti” lee oldalon hullik. Hasonló okokkal magyarázható a zivatarok nagyobb gyakorisága a városok környezetében. A melegebb városi területeken ugyanakkor csökken a hócsapadék gyakorisága, a hótakarós napok száma és a hótakaró átlagos maximális vastagsága is. A csapadék jellegzetességeinek megváltozásában tehát a hősziget hatása érhető tetten. 66


2.5.3. A légmozgások módosulásai a beépített területeken A beépített területeken a légmozgások iránya és sebessége is módosul. A szélsebesség a nagyobb felszíni érdességből adódó erősebb súrlódás következtében átlagosan 20– 30%-kal csökken, a heves széllökések sebessége 15–20%-kal kisebb, míg a szélcsend 5–20%-kal gyakoribb [2.70]. A szélirány a felszín közelében 1–10° eltérést mutat a városon kívüli területhez képest. Az épületsorok, utcák irányához igazodva jelentősebb eltérések is kialakulhatnak [2.4]. A városi „utcakanyonokban” a csatornahatás érvényesül, helyenként még növelve is a szélsebességet az „utca-kanyon” tengely mentén. A városok saját szélrendszert is létrehozhatnak. Derült, egyébként szélcsendes estéken a városközpont felett, a városi hősziget hatására felmelegedő levegő kitágul, sűrűsége csökken, tehát felemelkedik, helyére a külterületek irányából hűvösebb, tisztább levegő áramolhat, ha a beépítés laza, sugárutas szerkezete engedi ezt (2.6. ábra). Ezt a légáramlást nevezzük hősziget-légkörzésnek vagy angol megnevezéssel (hiszen a szél arról az irányról kapja a nevét, amerről fúj) „country breeze”-nek. A központ felett feláramlott levegő a magasban szétáramlik, s lehűlve, növekvő sűrűsége következtében visszaereszkedik, ami által kisméretű Hadley-cellát hoz létre. A hősziget-légkörzés hatékonyságát rontja, hogy a légáramlás főképp a tetők, és nem az utcák magasságában mozog. A hősziget-légkörzés sajátos dinamikát mutat az éjszaka folyamán. A légáramlás a központ melegebb levegőjét elszállítja, a hőmérsékleti kontraszt tehát csökken, így a légmozgás gyengül vagy megáll. Ez a központ felmelegedését eredményezi, ami újraindíthatja a légcserét.

2.6. ábra. A városok saját szélrendszere Forrás: [2.69]

A hősziget-légkörzés kifejezetten előnyös jelenségnek tekinthető a légszennyezettség és a humánkomfort javítása szempontjából, míg a szélsebesség általános csökkenése inkább kedvezőtlen változásként ítélhető meg.

67


2.5.4. A városklíma hatásai A hősziget jelentősen befolyásolja a városlakók komfortérzetét. Nyáron a város felmelegedése bioklimatológiai szempontból kifejezetten kedvezőtlen, elsősorban az alacsonyabb és a mérsékeltebb szélességeken, télen ugyanakkor kifejezetten előnyös. Ezenkívül a magasabb városi hőmérséklet következtében meghosszabbodik a fagymentes időszak és a növények vegetációs időszaka. A növények fejlődési szakaszai (az ún. fenológiai fázisok) előbb következnek be, mint a hidegebb városon kívüli területeken. Az urbanizációs hatás a globális felmelegedés következményeivel együttesen akár hetekkel hozhatja előre a növények fejlődési fázisait a korábban egy adott területen jellemző fejlődési fázisokhoz képest. A beépített területeken mérséklődik a fagyok erőssége, kisebb a fagyos, téli és hótakarós napok száma, csökken továbbá az ún. fűtési napok száma, ami természetesen mérsékli a fűtésre felhasznált energia mennyiségét is. Ugyanakkor a hősziget hatására a légkondicionálásra fordított energiaszükséglet növekedhet a nyári időszakban. Minél zártabb a beépítés, minél közelebb helyezkednek el a házak egymáshoz, annál inkább mérséklik a falfelületek kisugárzási hőveszteségét, következésképp relatíve annál kevesebb fűtésienergia-felhasználásra van szükség. A 2.3. táblázat különböző elrendezésű családi házak esetében mutatja be ezt a viszonylagos különbséget. 2.3. táblázat. A relatív fűtési energiaszükséglet alakulása különböző épület elrendezések esetén Házelrendezési típusok

Viszonylagos fűtési energiaigény

Sűrű elhelyezkedésű városi sorház

1,0

Nyílt elhelyezkedésű városi sorház

1,3

Szabadon álló ikerház

1,5

Szabadon álló családi ház, közel a másikhoz

1,7

Szabadon álló családi ház

2,1

Forrás: [2.69]

A városklímának az emberre irányuló komplex hatás együttese nem ítélhető meg egyértelműen pozitívan vagy negatívan. Télen elsősorban a sugárzási, nyáron inkább a hőmérsékleti viszonyok megváltozása hátrányos. Ennek megítélése jelentős mértékben függ attól, hogy az adott város milyen szélességi körön, illetve klimatikus régióban található. Hűvösebb területeken a városi hősziget megítélése nyáron is kifejezetten pozitív. Szinte egész évben és minden területen kedvezőtlen a külterülethez képest csökkenő szélsebesség, viszont ugyanakkor a hősziget-cirkuláció pozitív megítélés alá esik. A légnedvesség eltérései viszonylag csekély hatással rendelkeznek. A városi levegőkörnyezetben a meteorológiai állapotjelzők megváltozása a természetes területeken jellemzőhöz képest több terhelő hatást válthat ki, ami ronthatja az itt élők komfortérzetét. Ezek a hatások annál erősebbek, minél nagyobb a város, önmagukban azonban még nem tekinthetők egyértelműen károsnak az emberi egész68

2.6.AvárosihőszigetkialakulásátbefolyásolóidőjárásitényezőkváltozékonyságaDebrecentérségében1961–2010között

ségre. Mindez a levegőszennyezéssel párosulva, amely akár százezres nagyságrendű városok esetében is igen jelentős lehet, már kimutatható egészségrombolást okozhat az élő szervezetekben. A klíma, és a városklíma emberre gyakorolt hatásainak a vizsgálata a humán bioklimatológia, azon belül is a kültéri humánkomfort-kutatás tárgya. Eredményei segítségével pontos és részletes képet kaphatunk a különböző közterületek, pl. egy közpark, közkert, játszótér, vagy sétáló utca termikus komfort viszonyairól. Pontról pontra meghatározható, hogy hol, mekkora hőterhelés éri az adott környezetben tartózkodók szervezetét, milyen a kapcsolat egy terület látogatottsága (kihasználtsága) és klimatikus viszonyai között. A gyakorlat szintjén tehát ahhoz nyújt segítséget, hogy megállapíthassuk klimatikus (humánkomfort) szempontból egy terület kritikus részeit. A település-, építész- és tájépítészmérnök szakemberekkel együttműködve a ter vezés folyamatában e szempontok figyelembevételével hatékonyabb zöld felületi, szabadtér-építészeti és építészeti megoldásokat keresve lehet eljutni az optimális térkialakításhoz (megfelelő zöldfelület-arány, átszellőzés, természetes és mesterséges árnyékolók, csapadékvíz-visszatartás, lélegző burkolatok, vízépítészet) nemcsak az esztétikai, de a komfortviszonyok tekintetében is.

2.6. A városi hősziget kialakulását befolyásoló időjárási tényezők változékonysága Debrecen térségében 1961–2010 között Amint a korábbiakban tárgyaltuk, a városi hősziget általános potenciális kifejlődését a település statikus, morfológiai jellemzői (nagyság, szerkezet, a beépítettség mértéke és geometriája stb.) határozzák meg, míg egy konkrét kifejlődését az adott napon előforduló, nagytérségi időjárási helyzetekbe ágyazódó dinamikus meteorológiai tényezők befolyásolják jelentősen [2.55] [2.89]. Erősen anticiklonális derült, szél- és csapadékmentes körülmények között fejlődik ki intenzíven, míg ciklonális időjárási helyzetek fennállásakor gyengén, vagy egyáltalán nem alakul ki. E fejezetben a vizsgálatunk célja, hogy éghajlati adatsorok elemzésével megállapítsuk, miként változott a hősziget kialakulása szempontjából kedvező és kedvezőtlen időjárási helyzetek gyakorisága az év egészében és annak egyes időszakaiban. A kedvező körülmények feltételezett trendszerű növekedése meghatározza a hőszigethatás erősödését az urbanizált területeken, amely közvetlenül befolyásolja a fűtési és légkondicionálási energia szükségletet.

2.6.1. Adatbázis és módszer A vizsgálathoz felhasználtuk a nemzetközi szinten elismert módszerrel (Mish/Mash) homogenizált CarpatClim adatbázist, amely a Kárpát-medence éghajlati adatsorait tartalmazza napi felbontásban [2.90]. Az ötven éves periódust felölelő adatsorból a Debrecenhez legközelebb eső rácsközéppont adatait használtuk, amely bőséges infor69


mációt nyújt – a városi hősziget vonatkozásában – a legfontosabb időjárási paraméterekről (csapadék, szélsebesség, felhőzet, hőmérséklet és légnyomás). A városi hősziget kialakulási feltételeinek definiálásakor három fontos paramétert vettünk figyelembe (csapadék, szélsebesség, felhőzet), melyek a legmarkánsabban határozzák meg a jelenség kialakulását [2.91]. Ezekhez a tényezőkhöz küszöbértékeket rendeltünk, s a továbbiakban meghatároztuk a kedvező, közömbös, kedvezőtlen és rossz feltétel kategóriákat. Debrecen esetében a következő értékeknél húztuk meg a határokat: csapadék maximum 2 mm, szélsebesség maximum 3 m/s, felhőzet maximum 5 okta. A határok meghúzásánál – a fent említett három paraméter esetében – a Debrecenben folytatott mérési kampányok szolgáltatták az egzakt információt a küszöbértékek kialakításánál [2.83], ami egybecsengett az Oke által alkotott empirikus egyenlet segítségével kalkulált értékekkel [2.87]. A vizsgálatok során a következő kérdésekre kerestünk választ: ◆ Az UHI számára kedvező feltételek gyakorisága növekszik vagy csökken? ◆ Kimutatható-e trendszerű változás a kedvező feltételek gyakoriságában? ◆ Meghatározhatók-e az idősorokat viszonylag homogén, egymástól szignifikáns szakaszokra tagoló töréspontok? A városi hősziget kialakulását meghatározó időjárási feltételek gyakoriságának alakulását trendanalízissel vizsgáltuk (legkisebb négyzetek módszerével), amely alkalmas eljárás hasonló feladatok elvégzésére. A trendek feltárása érdekében meghatároztuk a korrelációt az adatsorok elemei és azok időbeli sorszáma között. A vizsgálatnál a paraméteres, illetve nemparaméteres korrelációt alkalmaztuk. Az előbbi típus feltételezi, hogy az összevetendő valószínűségi változó nem tér el a normális eloszlástól, a második típus esetében ez nem feltétel. A korrelációs együtthatók és az adott elemszám alapján eldöntöttük a növekvő trend szignifikanciáját. A trendelemzésen túl töréspontokat is kerestünk a városi hősziget kialakítását meghatározó különböző feltételek időbeli változásában. A feladat elvégzésére a statisztikai szakirodalom által ajánlott Student-féle t-próbát alkalmaztuk [2.92] [2.93]. A vizsgálat azon a feltevésen alapul, hogy az ugrásszerű változás időpontjánál elválasztott időszakok átlagainak eltérése nagyobb a más időpontokban elválasztottakénál. A részátlagok összevetésére a t-értéket használtuk. Megjegyezzük, hogy a t-próba alkalmazhatósága az összehasonlítandó minták normális eloszlásához kötött. Az elvégzett Kolmogorov– Szmirnov-próba alapján az évi átlagos arányértékek eloszlása a vizsgált periódus alatt a normálistól szignifikánsan nem tért el. A vizsgálatok kiterjedtek a városi hőszigetre kedvező gyakoriságok jellemzőinek ötven éves idősoraiban jelentkező lineáris trendek és az ezeket elválasztó töréspontok feltárására. Annak eldöntésére, hogy a végbement változásokat melyik módszer segítségével írhatjuk le pontosabban, vagyis azok fokozatosan vagy ugrásszerűen zajlottak-e le, az eltérések négyzetösszegeinek módszerét alkalmaztuk [2.94] [2.95]. Ennek érdekében meghatároztuk az adott idősorra fektetett lineáris trendegyenes xti értékeit az i = 1, 2, ..., n évekre, majd az egyes évek xi értékeiből kivontuk azokat. Az eltérések négyzeteit összeadva kapott szám (Str) jellemzi a trend egyenes illeszkedésének jóságát: a kisebb értékek jobb illeszkedésnek felelnek meg. 70

2.6. A városi hősziget kialakulását befolyásoló időjárási tényezők változékonysága… n

Str = ∑ ( xi – xti ) .

2

i =1

(2.10)

A következő lépésben kiszámoltuk az idősor legmarkánsabb, k és k + 1 közé eső töréspontja által kijelölt két szakasz átlagos értékét (x1 és x2 ). Az egyes évi értékek megfelelő részátlagtól vett eltéréseinek négyzetösszegét képeztük:

k

Stp = ∑ (xl – x1 )2 + l =1

n

∑ (x

m= k +1

m

– x2 )2 , (2.11)

ahol x l a töréspont által elválasztott egyik részidőszak értékei az l = 1, 2, …, k évekre, míg az x m a töréspont által kijelölt másik részidőszak értékei az m = k + 1, k + 2, ..., n évekre. Az eltérések kisebb négyzetösszege a jobb illeszkedésre utal. Az illeszkedések jóságának összehasonlítására a két négyzetösszeg arányát alkalmaztuk:

g=

Str . (2.12) Stp

Ha g < 1, akkor a lineáris trend illeszkedik jobban, ha pedig g > 1, akkor a töréspontok által elválasztott átlagoknak jobb az illeszkedése.

2.6.2. Eredmények A városi hőszigetet meghatározó feltételek előfordulásának gyakorisága a vizsgált időszakra vonatkozóan a következőképpen alakult: ◆ kedvező feltételek (1. kategória): 37,35%-ban fordultak elő, amikor egyik időjárási tényező sem akadályozta a hősziget kialakulását és az feltehetően maximálisan ki is tudott fejlődni; ◆ kevésbé kedvező feltételek (2. kategória): 38,46%-ban fordultak elő, amikor valamely időjárási tényező negatívan befolyásolhatta az UHI kialakulását, azonban mégis kialakulhatott közepes, vagy gyenge erősségű városi hősziget; ◆ kedvezőtlen feltételek (3. kategória): 20,88%-ban jelentek meg, melyek során két időjárási tényező is akadályozta a városi hősziget kifejlődését. Ebben az esetben a városi hősziget csak gyengén fejlődhetett ki, vagy az egyáltalán nem jött létre; ◆ teljesen kedvezőtlen feltételek (4. kategória): amikor biztosan nem alakulhatott ki a városi hősziget (az esetek mindössze 3,32%-a). Megjegyezzük, hogy a 4. kategóriát annak igen csekély gyakorisága miatt összevontuk a 3. kategóriával. A két csoport összevonását azzal indokoljuk, hogy közöttük jelentős különbség nem adódott a városi hősziget kifejlődésének vonatkozásában. A lineáris trendelemzés az UHI-ra kedvező feltételek adatsorában szignifikáns emelkedő trendet talált. A Pearson-féle korrelációs együttható értéke meghaladta a 95%-os szignifikancia szintnek megfelelő 0,27-es értéket (2.7. ábra). Módszertani 71


megfontolásból meghatároztuk a nemparaméteres Spearman-féle korrelációs együtthatót is, amelyre ugyancsak szignifikáns trend adódott (0,28). Az alkalmazott lineáris modell a vizsgált 1961–2010 időszakra vetítve kedvező feltételek esetében 4%-os emelkedést jelez. Az elemzés során a kevésbé kedvező kategóriában nem találtunk statisztikailag kimutatható csökkenést, azonban a kedvezőtlen típusban a korrelációs együttható értéke egyértelművé teszi a szignifikáns csökkenő trendet, ami az alkalmazott lineáris egyenletben 2,2%-os csökkenést jelent. 60% y (kedvező) = 0,0011x + 0,3442 y y (kedvezőtlen) = 0,0008x + 0,2625 y R = 0,346* R = 0,309* y (kevésbé kedvező) = 0,0003x + 0,3934 y 50% R = 0,175 40% 30% 20%

kedvező

kevésbé kedvező

2009

2006

2003

2000

1997

1994

1991

1988

1985

1982

1979

1976

1973

1970

1967

1964

0%

1961

10%

kedvezőtlen

2.7. ábra. Az UHI kialakulását meghatározó feltételek gyakorisága Debrecen térségében 1961 és 2010 között

A vizsgálat folyamán meghatároztuk a kedvező feltételek gyakoriságának anomália értékeit, amelyeket az ötven éves periódus átlagából származtattunk. A 2.11. ábrán jól látható, hogy a kedvező feltételek gyakoriságának 1964–1980 között negatív trendet mutat túlnyomóan átlag alatti értékekkel, míg 1981–2009 között átlag fölötti gyakoriságok a jellemzők jelentős ingadozásokkal. A negatív irányú eltérések leghangsúlyosabbak 1970-ben (–15%) és 1979-ben (–10%). Erős negatív anomália tapasztalható 2010-ben, azonban ez csak 5,3%-nak adódik. Ez azzal magyarázható, hogy rekord mennyiségű csapadék hullott ebben az évben. A kedvező feltételek esetében a pozitív anomáliák főként 1981-től figyelhetők meg, 1992-ben és 2000-ben 10% feletti maximum értékekkel. Elemeztük a kedvező feltételek gyakoriságának növekedését évszakos vonatkozásban is. A tavasz és a nyár szignifikáns trendszerű emelkedést produkált kedvező feltételek esetén. Az emelkedés mértéke nyáron erősebb (5,6%), míg a tavasszal mérsékeltebb (3,8%). A tél és az ősz nem mutatott számottevő növekedést a kedvező feltételek gyakoriságában, amit az alacsony korrelációs együtthatók jeleznek (tél r = 0,252; nyár r = –0,12). 72

2.6. A városi hősziget kialakulását befolyásoló időjárási tényezők változékonysága… 15% 10% 5% 0% –5% –10%

2009

2007

2005

2003

2001

1999

1997

1995

1993

1991

1989

1987

1985

1983

1981

1979

1977

1975

1973

1971

1969

1967

1965

1963

1961

–15%

2.8. ábra. A kedvező feltételek előfordulásának anomália értékei 1961–2010 között, %

A kedvező feltételek (Kef, 1. kategória) előfordulásának gyakoriságát elemeztük havi és éves bontásban egyaránt. A vizsgált periódusban a kedvező feltételek előfordulásának átlagos minimális értéke (19,3%) decemberben figyelhető meg, míg annak átlagos maximális értéke (59,5%) augusztusban tapasztalható. Az abszolút maximális érték 1992 augusztusában adódott, amikor a hősziget a hónap 93,5%-ban kedvező feltételek mellet alakulhatott ki. Az abszolút minimális értékek a vizsgált periódusban először 1970 decemberében, másodszor 1978 novemberében fordultak elő 0%-kal. XII. XI. X. IX. VIII. VII. VI. V. IV. III. II. I.

2009

2007

2005

2003

2001

1999

1997

1995

1993

1991

1989

1987

1985

1983

1981

1979

1977

1975

1973

1971

1969

1967

1965

1963

1961

80 70 60 50 40 30 20 10 0

2.9. ábra. A kedvező feltételek gyakoriságának havi eloszlása az 1961 és 2010 közötti periódusban

A kedvező feltételek gyakoriságának havi járásában megfigyelhetőek elenyésző és markáns különbségek egyaránt (2.9. ábra). A téli hónapokban a Kef-gyakoriságok 19–28 százalék között ingadoznak, az átlagtól való eltérések legalacsonyabb értéke (9%) januárban adódik. A tavaszi hónapokban az átlagos kedvező feltétel gyakoriságok között minimális különbség adódik, mindössze 4%. A legnagyobb eltérések Kef73


előfordulásában a nyári időszak hónapaiban adódnak, a különbségek elérhetik 17%-ot is. A hónapok közül kiemelendő az augusztus, hiszen a gyakorisági maximum értékek itt fordulnak elő, valamint a legnagyobb átlagos gyakoriságtól való eltérések is itt figyelhetők meg. Az őszi hónapok közül a szeptember produkál legmagasabb gyakorisági értékeket, valamint az 50 éves periódusban itt adódik a legnagyobb szórásérték is. A következő lépésben azt vizsgáljuk meg, vajon milyenek Debrecen esetében Kefgyakoriságok havi értékeinek trendjei. A havi trendek nem minden esetben követik szorosan a szezonálisakat. A tél nem jelzett trendszerű növekedést a kedvező feltételek vonatkozásában, azonban februárban már az emelkedés valószínűsíthető 95%-os biztonsággal. Ezzel szemben a december és a január esetében a trendelemzés során nem mutatható ki statisztikailag a Kef-gyakoriságok trendszerű növekedése. A tavasz vonatkozásában erős gyakoriságnövekedés adódott, míg havi bontásban a március és május esetében stagnálás figyelhető meg, míg jelzésértékű emelkedés csak áprilisban állapítható meg. A nyári hónapok közül csak a június produkált szignifikáns emelkedést, meglepő módon a július és az augusztus esetében a gyakoriságok stagnáló tendenciát mutatnak. Az őszi hónapok közül a november vált kedvezőbbé a városi hősziget kialakulása tekintetében, a másik két hónap csak stagnáló értékeket produkált. Megjegyezzük, a Spearman korrelációs együtthatók értékei az évszakos és a havi adatsorok elemzésénél is megerősítették a Pearson-féle r-értékek alapján feltárt szignifikanciákat. A trendek elemzésén túl elvégeztünk töréspontanalízist is. A Student-féle t-próba segítségével végrehajtott töréspontvizsgálat az évi Kef-értékek adatsorában szignifikáns töréspontot mutatott ki 1981/82 fordulóján (2.10. ábra.). A töréspont által elválasztott szakaszátlag eltérése több mint 5%-os emelkedést jelez. Kiterjesztve a töréspont elemzést az évszakos gyakorisági értékekre az 1970–1990-es időszakban szignifikáns töréspontokat találtunk az ősz kivételével mindegyik idősorban. A detektált töréspontok után emelkedtek az évszakos gyakorisági értékek. A legmarkánsabban nyáron (8%), és tavasszal (7%), a legkevésbé télen 4%-os értékel, ami közelít az éves emelkedéshez. Az alkalmazott t-próbás módszer a havi gyakorisági átlagok idősoraiban töréspontokat detektált. Kivételt képeztek a téli hónapok közül a január és a február. A töréspontok által elválasztott szakasz átlagok különbsége többségében pozitív ugrásszerű növekedést mutatott, amelynek értékei 5–14% között váltakoznak. Kiemelendő, hogy két hónap esetében (Szeptember, Október) negatív átlagkülönbségek adódtak. A havi töréspontok a június és a július esetében szinkronban vannak az évivel. Hasonló egybeesések figyelhetők meg évszakos összehasonlításban is. A fent említett eredményekből kitűnik, hogy Debrecen térségében, a városi hősziget potenciális kedvező feltételeinek gyakorisági előfordulásában végbementek jelzésértékű változások a vizsgált időszak alatt. Azonban ezek a változások a vizsgált módszerek vonatkozásában két módon értelmezhetőek: ugrásszerűen vagy folyamatosan végbemenőek voltak. Ennek eldöntésére, az eltérések négyzetösszegeinek összehasonlítást végeztük el. A városi hősziget kialakulása szempontjából kedvező helyzetek éves gyakoriságának esetében elvégezve a 2.6.1. fejezetben leírt g -értékek meghatározását, azt egynél nagyobbnak találtuk (g = 1,21), ami a folyamat diszkrét jellegét támasztja alá. 74

2.6. A városi hősziget kialakulását befolyásoló időjárási tényezők változékonysága… 0,60

y = 0,0011x + 0,34425 R = 0,346

0,50

4,00 3,50

0,40

3,00 2,50

0,30

2,00

0,20

1,50 1,00

0,10

Előfordulás gyakorisága

Kritikus érték

t-érték

Lineáris (Előfordulás gyakorisága)

2009

2007

2005

2003

2001

1999

1997

1995

1993

1991

1989

1987

1985

1983

1981

1979

1977

1975

1973

1971

1969

1967

1965

1963

0,50 1961

0,00

4,50

0,00

2.10. ábra. A városi hősziget kialakulására kedvező feltételek gyakoriságának trend- és töréspontvizsgálata

Az évszakos átlagok elemzését elvégezve, hasonló eredmények adódtak, bár valamivel alacsonyabb g-értékekkel az éveshez képest. A hónapok közül az ősz volt eltérő, hiszen nem detektáltunk egyik módszerrel sem Kef-gyakorisági növekedést. A tél esetében csak a töréspontvizsgálat mutatott jelzés értékű növekedést a gyakoriságok vonatkozásában, ami egyúttal azt jelenti, hogy szakaszos emelkedés zajlott le. A nyár esetében adódott a legmagasabb g-érték (1,18), ami szintén a szakaszos emelkedést emeli ki, ugyancsak ez figyelhető meg a tavasz esetében is. A havi Kef-gyakoriságok vizsgálata ugyancsak inkább a változások szakaszos jellegét valószínűsítette minden esetben – ahol detektáltunk trendeket és töréspontokat – ezek az értékek 1,01–1,2 között váltakoztak. Az városi hősziget kialakulására kedvező feltételek gyakoriságának feltárt lépcsőzetes jellege annak lehet a következménye, hogy a szakaszosan jelentkező éghajlat-alakító tényezők hatása megjelenik, tükröződik az eredményekben.

2.6.3. Következtetések A városi hősziget kialakulására gyakorolt hatásuk alapján a szélsebesség, felhőzet és csapadék kritikus értékeinek figyelembevételével 4 kategóriába soroltuk a nagytérségi időjárási helyzeteket a kedvezőtlentől a kedvezőig. Meghatároztuk az egyes kategóriák előfordulási gyakoriságát az ötvenéves adatsoron belül. Az esetek több mint 75%-ában mérsékelten kedvező vagy kedvező feltételek uralkodtak a városi hősziget kialakulása szempontjából, összhangban az anticiklonális nagytérségi időjárási helyzetek nagyobb gyakoriságával. Az UHI kifejlődése szempontjából meghatározó tényezők ötvenéves idősorát vizsgálva, a kedvező szinoptikus feltételek gyakoriságának növekedését tételeztük fel. A hi75


potézis realitását trendanalízissel vizsgáltuk meg. A lineáris trendanalízis szignifikáns növekvő trendet tárt fel a kedvező feltételek gyakoriságára vonatkozóan, amit mind a lineáris Pearson, mind a nemlineáris Spearman korrelációs együtthatók megerősítettek. A vizsgált időszakban 4%-kal nőtt a kedvező feltételek gyakorisága párhuzamosan a kedvezőtlen feltételek gyakoriságának csökkenésével. A kedvező feltételek előfordulási gyakoriság anomáliáit is tanulmányoztuk, megállapítva, hogy az átlagnál kisebb gyakoriságok főként az 1964 és 1980 közti időszakot jellemezték, míg az 1981 és 2009 közti időszakot pozitív anomáliák uralják. Évszakos és havi bontásban is megvizsgáltuk a kedvező feltételek gyakoriságának változásait. A tavasz és a nyár esettében mutatható ki szignifikáns növekedés, míg az ősz és a tél esetében erről nincs szó. A legkisebb ötvenéves átlagos kedvező feltétel előfordulási gyakoriságot a december érte el 19,3%-os értékkel, míg Augusztusban az esetek 59,9%-ában kedvező feltételek uralkodtak a városi hősziget kifejlődése szempontjából Debrecen térségében. A kedvező helyzetek havi gyakorisági trendjét vizsgálva megállapítható, legerőteljesebb változás (14%-os) a február produkálta. Ugyancsak érdekes, hogy a tavasz minden hónapjában, ami a helyi klíma kialakulására a legkedvezőtlenebb időszak szokott lenni, 9–11% között mozgó ugrásszerű emelkedés adódott. A nyári hónapokban a kedvező feltételek gyakorisága jelzésértékűen növekedett. Ezzel szemben az őszi hónapokban szignifikáns csökkenés mutatható ki, kivéve a novembert, ahol 10%-os növekedést detektáltunk. A kedvező helyzetek gyakoriságának ötvenéves adatsorát vizsgálva 1981–1982 között szignifikáns töréspontot mutattunk ki a Student-féle t-próba segítségével. A töréspont után a havi gyakoriságok szignifikánsan növekedtek, különösen tavasszal és nyáron. A megfigyelt tendenciák előnytelenek, mivel a hősziget kialakulása szempontjából kedvező feltételek gyakorisága főként a nem fűtési félévben növekedett, így nem járul hozzá a fűtési energiaszükséglet csökkentéséhez, ugyanakkor szerepet játszhat a légkondicionálási energiaszükséglet növekedésében a nyári időszakban.

Irodalom [2.1] Makra, L.–Brimblecombe, P.: Selections from the history of environmental pollution, with special attention to air pollution. Part 1. International Journal of Environment and Pollution, 2004, Vol 22, Issue 6, 641–656. [2.2] Brimblecombe, P.–Makra, L.: Selections from the history of environmental pollution, with special attention to air pollution. Part 2: From medieval times to the 19th century. International Journal of Environment and Pollution, 2005, Vol 23, Issue 4, 351–367. [2.3] Howard L.: The climate of London. 1818. http://urban-climate.com/wp3/resources/classictexts/luke-howard-the-climate-of-london [2.4] Bridgman, H.–Oliver, J.: The Global Climate System. University Press, Cambridge, 2006, 205–243. [2.5] Landsberg, H. E.: The Urban Climate. Academic Press, New York–London–Toronto–Sydney–San Francisco, 1981, 83–126.

76

Irodalom [2.6] Nouel, E.: Notice sur la vie et les travaux de M. Emilien Renou, directeur de l’Observatoire du Parc Saint-Maur: par M. Ernest Nouel, F. Empaytaz, Paris, 1902 [2.7] K remser, V.: Ergebnisse vieljahriger Windregistrierungen in Berlin (The results of wind measurements recorded over many years in Berlin). Meteorologische Zeitschrift, 1909, Vol. 26, 259–265. [2.8] Schmauss, A.: Singularitäten im jährlichen Witterungsverlauf von München. In: Deutsches Meteorologisches Jahrbuch. München, 1928 [2.9] Schmidt, W. Meteorologische Feldversuche uber Frostabwehrmittel. Wien, 1929 figs. 30% cm. (Anhang zu den Jahrb. Der Zentralanst. fur Met. und Geod. Jahrg. 1927. Pub. Nr. 135.) [2.10] Kratzer, A.: Das stadtklima. Wissenschaft 90, Vieweg F. & Sohn, Braunschweig, Germany, 1937 [2.11] Chandler T. J.: Selected Bibliography on Urban Climate [WMO Technical Paper No. 155] World Meteorological Organization, Geneva, 1970 [2.12] Szepesi D.–Schirokné Kriston I.: A városi levegőkörnyezet tervezésének aktuális kérdései. Első városklíma munkaértekezlet, 1998, 11–16. [2.13] Makra, L.–Bérczi, R.–Motika, G.–Mayer, H.: Assessment of the Air Quality in a Middle – Sized City, Szeged, Hungary. In: Klysik. K.–Oke, T. R.–Fortuniak, K.–Grimmond, C. S. B.– Wibig, J. (ed.) Proceed. Fifth Int. Conf. on Urban Climate. Vol. 1. University of Lodz, Lodz, Poland, 2003, 157–160. [2.14] Makra, L.–Sánta, T.–Matyasovszky, I.–Damialis, A.–Karatzas K.–Bergmann, K. C.–Vokou, D.: Airborne pollen in three European cities: Detection of atmospheric circulation pathways by applying three-dimensional clustering of backward trajectories. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 2010, 115 – D24220, doi: 10.1029/2010JD014743 [2.15] Makra, L.–Matyasovszky, I.–Guba, Z.–Karatzas, K.–Anttila, P.: Monitoring the longrange transport effects on urban PM10 levels using 3D clusters of backward trajectories. Atmospheric Environment, 2011, 45(16) 2630–2641. [2.16] Makra, L.–Ionel, I.– Csépe, Z.–Matyasovszky, I.–Lontis, N.–Popescu, F.–Sümeghy, Z.: Characterizing and evaluating the role of different transport modes on urban PM10 levels in two European cities using 3D clusters of backward trajectories. Science of the Total Environment, 2013, 458–460, 36–46 [2.17] Sansone, M.–Pernigotti, D.–Bressan, M.–Roosa, A.–Ferrario, M.: A multiple regression approach to forecasting PM10 concentration for the city of Padua, Italy. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 128–131. [2.18] Weber, S.: Variability of fine particle concentrations within a busy street canyon. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006 [2.19] Makra, L.–Pálfi, S.: Intra-regional and long-range ragweed pollen transport over southern Hungary. Acta Climatologica et Chorologica Universitatis Szegediensis, 2007, Tom. 40–41, 5–15. [2.20] Adegoke, J.–Balogun, A.–Vezhapparampu, S.–Mauder, M.: Urban surface energy and moisture flux measurements in the Kansas city metropolitan area (KC-FLUXMEX). In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 32–35. [2.21] Arnfield, A. J.: Surface controls on exchanges of sensible heat between the urban surface and its boundary layer: results based on simulation experiments. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 312–315. [2.22] K rayenhoff, E. S.–Voogt, J.: Combining sub-facet scale urban energy balance and sensorview models to investigate effective thermal anisotropy. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 557–561.

77

2. A városklíma jellegzetességei és hatásai [2.23] Lopes, A.: Local Wind Chamges with Different Roughness Simulated in a Wind Tunnel: An Example of Application to a City District in North of Lisbon. In: Klysik, K., T. R. Oke, K. Fortuniak, C. S. B. Grimmond, J. Wibig (ed.) Proceed. Fifth Int. Conf. on Urban Climate. Vol. 1. University of Lodz, Lodz, Poland, 2003, 439–442. [2.24] Weber, S.–Kuttler, W.: Cold-Air Dynamics of Railway Tracs with Regard to Urban Ventillation – A Case Study in Consideration of the Surface Energy Balance. In: Klysik. K., T. R. Oke, K. Fortuniak, C. S. B. Grimmond, J. Wibig (ed.) Proceed. Fifth Int. Conf. on Urban Climate. Vol. 2. University of Lodz, Lodz, Poland, 2003, 475–478. [2.25] Shiguang, M.–Pigyang, L.–Xiaoyun, W.: Building morphological characteristics and its effect on the wind in Beijing. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 412–414. [2.26] Pongrácz, R.–Bartholy, J.–Dezső, Zs.–Barcza, Z.: Satellite-based analysis of urban heat island effects for large cities in the Carpathian Basin. In: Proceedings, the 6th Hellenic Conference in Meteorology, Climatology, Atmospheric Physics. (ed. A. Bartzokas) p. 6, CD-ROM. Univ. of Ioannina, 2002 [2.27] Dezső, Zs.–Bartholy, J.–Pongrácz, R.–Barcza, Z.: Application and Problems of Remotely Sensed Thermal Information to Urban Climatology. In: Klysik. K., T.R. Oke, K. Fortuniak, C. S. B. Grimmond, J. Wibig (ed.) Proceed. Fifth Int. Conf. on Urban Climate. Vol. 1. University of Lodz, Lodz, Poland, 2003, 315–318. [2.28] Dousset, B.–Gourmelon F.: Under the 2003 heat wave: surface temperature variability of the Paris basin from time series satellite images. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 573–576. [2.29] Crawford, B.–Grimmond, S.: Investigations of Anthropogenic Heat Flux Using a Physical Model and Real World Observations. In: Klysik. K., T. R. Oke, K. Fortuniak, C. S. B. Grimmond, J. Wibig (ed.) Proceed. Fifth Int. Conf. on Urban Climate. Vol. 1. University of Lodz, Lodz, Poland, 2003, 169–172. [2.30] Mailhot, J.–Belair, S.–Lemonsu, A.: An overview of urban modelling at the Meteorological Service of Canada. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 419–421. [2.31] K rayenhoff, E. S.–Voogt, J.: A micro-scale 3-D energy balance model for studying surface temperature. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 308–311. [2.32] Unger, J.–Balázs, B.–Sümeghy, Z.–Gál, T.: Multiple variable model for estimating the maximum UHI using 2 and 3 dimensional surface parameters. In: 6th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 334–337. [2.33] Voogt, J.–Krayenhoff, E. S.: Measured and modeled urban thermal anisotropy. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 553–556. [2.34] Balázs, B.–Geiger, J.–Sümeghy Z.: Annual mean urban heat island versus 2D surface parameters: modelling, validation, and extension. Acta Climatologica et Chorologica Universitatis Szegediensis, 2007, Tom. 40–41, 5–15. [2.35] Molnár J.: 2007. A városi hősziget és annak kapcsolata a főbb felszínparaméterekkel Beregszász példáján. In: Tóth T.–Kircsi A. (ed.) Kedvező széllel Kunhegyestől Debrecenig. Tiszteletkötet Dr. Tar Károly 60. születésnapjára. Debrecen, 225–233. [2.36] Probáld F.: A levegőkörnyezet humánkomfortjának tervezése – a levegőkörnyezet tervezése. Szerk. Szepesi D. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1981. [2.37] Molnár K.: Időjárási stressz a nagyvárosokban. Természet Világa, 1998, 129. évf. I. különszám, 90–94. [2.38] Ait-Ameur, K.: The influence of climatic factors on the wellbeing of the individual in outdoors spaces. In: 3rd European Conference on Applied Climatology (CD-Rom), 2000.

78

Irodalom [2.39] Jendritzky, G.: The assessment of human thermal climates in cities. In: 3rd European Conference on Applied Climatology (CD-Rom), 2000 [2.40] Jendritzky, G.: Human bioclimate maps for climate impact research. In: 3rd European Conference on Applied Climatology (CD-Rom), 2000 [2.41] Andrade, T.–Freire, T.–Nery, J.–Katzschner, L.: Thermal comfort studies in a humid tropical city. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 234–237. [2.42] Johansson, E.–Rohinton, E.–Roselund, H.: The influence of urban design on outdoor thermal comfort in the hot-humid city of Colombo Sri Lanka. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 217–220. [2.43] Katzschner, L.: A simplified method to derive thermal comfort conditions in open spaces. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 201–204. [2.44] Petralli, M.–Morabito, M.–Cecchi, L.–Torrigiani, T.–Bartolini, G.–Orlandini, S.: Relationship between emergency calls and hot days in summer 2005 (Florence – Italy). In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 230–233. [2.45] Rohinton, E.–Roselund, H.–Johansson, E.: Urban morphology manipulation to promote climate-sensitive urban design in the tropics: the case of Colombo, Sri Lanka. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 509–512. [2.46] Shript, S.–Potchter, O.–Bar (Kutiel), P.–Yaakov, Y.: Micro-climate behavior in urban parks located at a hot arid climate zone. The case study of Beer-Sheva, Israel. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 250–253. [2.47] Toudert, F. A.–Mayer, H.: Street Design and Thermal Comfort in Hot and Dry Climate. In: Klysik. K., T. R. Oke, K. Fortuniak, C. S. B. Grimmond, J. Wibig (ed.) Proceed. Fifth Int. Conf. on Urban Climate. Vol. 1. University of Lodz, Lodz, Poland, 2003, 207–210. [2.48] Cohen, P.–Potchter, O.–Bitan, A.: The correlation between climatic conditions in different designed urban parks and their pattern of use. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 262–265. [2.49] Coutts, A.–Beringer, J.–Tapper, N.: Impact of urban planning strategies on regional climate: a case study of Melbourne 2030. In: 6th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 517–520. [2.50] Spronken-Smith R.A. and Oke T. R.: The thermal regime of urban park sin two cities with different summer climates. International Journal of Remote Sensing, 1998, Vol 19, Issue 11 July 1998, 2085–2104. [2.51] Bacci, L.–Rapi, B.–Battista, P.: Analysis of urban heat island of Florentine area (Italy) and application of different biometeorological indices. In: 3rd European Conference on Applied Climatology (CD-Rom), 2000 [2.52] Shashua-Bar, L.–Potchter, O.–Bitan, A.–Boltansky, D.–Yaakov, Y.: Climatic performance of urban trees under various building heights and destines in the Mediterranean Climate – an empirical and analytical study in Tel Aviv. In: 6Th International Conference on Urban Climate Göteborg, Sweden, Preprints. University of Göteborg, 2006, 246–249. [2.53] Probáld F.: Budapest városklímája. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1974, 7–13. [2.54] Miklósi Cs.: A városi hősziget vizsgálata Budapesten. Légkör, 1981, 26. évf. 3, 21–22. [2.55] Unger, J.: Heat island intensity with different meteorological conditions in a medium-sized town: Szeged, Hungary. Theor. Appl. Climatology, 1996, 54, 147–151. [2.56] Unger J.: A szegedi városklímakutatás eddigi eredményei. Első városklíma munkaértekezlet, 1998, 58–59.

79

2. A városklíma jellegzetességei és hatásai [2.57] Unger J.–Pál V.–Sümeghy Z.–Kádár E.–Kovács L.: Maximális kifejlődésű városi hősziget területi kiterjedése tavasszal Szegeden. Légkör, 1999, 44. évf. 3. 34–37. [2.58] Mayer, H.-Makra, L.-Kalberlah, F.-Ahrens, D.-Reuter, U.: Air stress and air quality indices. Meteorologische Zeitschrift, 2004, 13, 395–403. [2.59] Makra, L.-Juhász, M.-Borsos, E.-Béczi, R.: Meteorological variables connected with airborne ragweed pollen in Southern Hungary. International Journal of Biometeorology, 2004, 49(1) 37–47. [2.60] Makra, L.-Juhász, M.-Béczi, R.-Borsos, E.: The history and impacts of airborne Ambrosia (Asteraceae) pollen in Hungary. Grana, 2005, 44(1) 57–64. [2.61] Eötvös, T.–Makra, L.: Chemical and biological air pollutants, as parameters of complex air quality ínedices. Acta Geographica Debrecina Landscape & Environment Series, in Press [2.62] Juhos, I.-Makra, L.-Tóth, B.: Forecasting of traffic origin NO and NO2 concentrations by Support Vector Machines and neural networks using Principal Component Analysis. Simulation Modelling Practice and Theory, 2008, 16(9) 1488–1502. [2.63] Juhos, I.-Makra, L.-Tóth, B.: The behaviour of the multi-layer perceptron and the support vector regression learning methods in the prediction of NO and NO2 concentrations in Szeged, Hungary. Neural Computing and Applications, 2009, 18(2) 193–205. [2.64] Gyöngyösi, A. Z.-Weidinger, T.-Makra, L.-Baranka, Gy.: Application of a dispersion model for Szeged, a medium sized Hungarian city: a case study. Fresenius Environmental Bulletin, 2009, 18(5B) 788–797. [2.65] Makra, L.-Mayer, H.-Mika, J.-Sánta, T.-Holst, J.: Variations of traffic related air pollution on different time scales in Szeged, Hungary and Freiburg, Germany. Physics and Chemistry of the Earth, 2010, 35(1–2) 85–94. [2.66] Justyák J.–Tar K.: Debrecen éghajlata. KLTE, Debrecen, 1994, 114–130. [2.67] Szegedi S.: A városi hősziget vizsgálata Debrecenben és jellegzetes méretű hajdúsági településeken. Habilitációs értekezés DE TEK TTK Meteorológiai TSz., 2008 [2.68] Roncz B.: Városklíma-mérések Egerben. Légkör, 1984, 30. évf. 3, 31–33. [2.69] Unger, J.: Lokális és mikroklímák. JATE TTK, Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék, Szeged, 1997, 135–153. [2.70] Tőkei L.: Városklíma. In: Szász G.–Tőkei L. (ed.) Meteorológia. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 1997, 219–236. [2.71] Unger J.–Sümeghy Z.: Környezeti klimatológia. JATEPress, Szeged, 2002, 132–196. [2.72] Rózsa P.: A városi környezet. Egyetemi jegyzet. Kossuth Egyetemi Kiadó, Debrecen, 2002 [2.73] Gulyás Á.–Kiss T.: Városi élőhelyek és élőlények. In: Mezősi G. (ed.) Városökológia. JATEPress, Szeged, 2007, 119–147. [2.74] Gulyás Á–Lakatos L.–Sümeghy Z.–Gál T.: Spatial Distribution of the Phenological Phases and Urban Heat Island in the Cases of Two Hungarian Cities. In: Klysik. K., T. R. Oke, K. Fortuniak, C. S. B. Grimmond, J. Wibig (ed.) Proceed. Fifth Int. Conf. on Urban Climate. Vol. 1. University of Lodz, Lodz, Poland, 2003, 39–42. [2.75] Gulyás Á.–Lakatos L.–Sümeghy Z.–Gál T.: Connection between the Phaenological Phases and Urban Heat Island in Debrecen and Szeged, Hungary. Acta Climatologica et Chorologica Universitas Szegediensis, 2003, Tom. 36–37, 79–83. [2.76] Szegedi, S.–Tóth, T.–Kapocska, L.–Gyarmati, R.: Examinations on the factors of urban heat island development in small and medium-sized towns in Hungary Carpathian. Journal of Earth and Environmental Sciences, 2013, Vol. 8, Nr 2. [2.77] Gajzágó L.: Mikroklímák városi környezetben. Első városklíma munkaértekezlet. OMSZ, Budapest, 1998, 25–30. [2.78] Orlanski, I.: A rational subdivision of scales for atmospheric processes. Bull. Amer. Meteor. Soc., 1975, 56, 527–530. [2.79] Oke, T. R.: Boundary Layer Climates. Routledge, London–New York, 1987

80

Irodalom [2.80] Kerényi A.: Általános környezetvédelem. Mozaik, Szeged, 1995 [2.81] Justyák J.–Tőkei L.–Szegedi S.: Terepklimatológia. Egyetemi jegyzet. Kossuth Egyetemi Könyvkiadó, Debrecen, 2003 [2.82] Landsberg, H. E.: City climate. In: World Survey of Climatology, General Climatology 3. Amsterdam–New York–Oxford, 1981, 299–344. [2.83] Szegedi S.–Kircsi A.: The Development of the Urban Heat Island under Various Weather Conditions in Debrecen, Hungary. In: Klysik. K., T. R. Oke, K. Fortuniak, C. S. B. Grimmond, J. Wibig (ed.) Proceed. Fifth Int. Conf. on Urban Climate. Vol. 1. University of Lodz, ICUC-5, Lodz, Poland, 2006, pp.139–142. [2.84] Berényi D.: A városi háztömbök hatása az éjjeli lehűlésekre. Időjárás, 1930, 34, 46–49. [2.85] Oke, T. R.: Urban climates and global environmental change. In: Thompson, R. D. and Perry, A. (eds) Applied climatology. Routledge, London–New York, 1997, 273–287. [2.86] K ircsi, A.–Szegedi, S.: Temperature profiles in Dbrecen, Hungary. In: Klysik. K., T. R. Oke, K. Fortuniak, C. S. B. Grimmond, J. Wibig (ed.) Proceed. ICUC-5, Lodz, Poland, 2003, Vol. 1, 79–82. [2.87] Oke, T. R.: City size and the urban heat island. Atm. Env., 1973, 7, 769–779. [2.88] Feng, J. Z.–Petzold, D. E.: Temperature Trends through Urbanization in Metropolitan Washington, D. C., 1945–1979. Meteorol. Atmos. Phys., 1988, Vol. 38, 4, 195–201. [2.89] Unger, J.–Bottyán Z.–Sümeghy, Z.–Gulyás A.: Connection between urban heat island and surface parameters: measurements and modeling. Időjárás, 2004, 108, 173–194. [2.90] Lakatos, M.–Szentimrey, T.–Bihari, Z.–Szalai, S.: Creation of a homogenized climate database for the Carpathian region by applying the MASH procedure and the preliminary analysis of the data. Időjárás, 2013, Vol. 117, 1, 143–158. [2.91] Lee, S.-H.–Baik, J.-J.: Statistical and dynamical characteristics of the urban heat island intensity in Seoul. Theor. Appl. Climatol., 2010, 100, 227–237. [2.92] Yule, G. U.–Kendall M. G.: An introduction to the theory of statistics. Fourteenth edition, revised and Enlarged. Charles Griffin & Company, London, 1950 [2.93] Sneyers, S.: On the statistical analysis of series of observations; Technical note no. 5 143, WMO No 725 415, Secretariat of the World Meteorological Organization, Geneva, 1990 [2.94] Ward, J. E.–Wendell, R. E.: A new norm for measuring distance which yields linear location models. Operations Research, 1980, 28, 836–844. [2.95] Wayne, T. W.: Change-point analysis: a powerful new tool for detecting changes. 2000. http://www.variation.com/cpa/tech/changepoint.html. Submitted to Quality Engineering.

81

3. Felületfűtések szakaszos üzemeltetésének energetikai, exergetikai és hőérzeti elemzése

Az épületek energiafogyasztásának csökkentése elsőrendű cél az Európai Unió országaiban. Az épületenergetika területén az Európai Parlament és Tanács 2002/91/EK irányelve [3.1] rögzíti, hogy „a lakás- és szolgáltatói ágazat, amelynek legnagyobb részét az épületek teszik ki, a Közösség végső energiafelhasználásának több mint 40%-át képviselik, és folyamatosan bővül; ez a tendencia az energiafogyasztás, így a szén-dioxid-kibocsátás növekedésével is jár.” Az irányelv kijelenti továbbá, hogy „Az épületek befolyást gyakorolnak majd a hosszú távú energiafogyasztásra, és ezért az új épületeknek eleget kell tenniük a helyi éghajlathoz szabott minimális energiateljesítmény-követelményeknek. E tekintetben a legjobb gyakorlatot össze kell hangolni az energiateljesítmény növelése szempontjából fontos tényezők optimális kihasználásával. Mivel az alternatív energiaellátó rendszerek alkalmazásának lehetőségei általában még nincsenek teljesen kihasználva, meg kell vizsgálni az alternatív energiaellátó rendszerek műszaki, környezeti és gazdasági kivitelezhetőségét; ezt a tagállamok egyszer végezhetik el egy olyan tanulmány által, amely meghatározza az energiatakarékossági intézkedések sorát az átlagos helyi piaci feltételek mellett, a költséghatékonyság kritériumainak szem előtt tartásával. Az építkezés megkezdése előtt egyedi vizsgálatok kérhetők, ha az intézkedést vagy intézkedéseket kivitelezhetőnek ítélik.” Az irányelv hatálybalépése óta az Európai Unió országaiban, így Magyarországon is kidolgozásra kerültek azok a rendeletek és számítási eljárások, melyek szerint az épületeket energetikai szempontból tanúsítják, illetve meghatározásra kerültek azok az energetikai és hőtechnikai követelmények, melyeknek az új építésű épületek, illetve a nagyobb felújításoknak alávetett épületek meg kell hogy feleljenek [3.1]. A 2002/91/EK irányelvet 2010-ben módosították. A 2010/31/EU irányelv [3.2] az épületek energiahatékonyságáról már azt rögzíti, hogy „A tagállamok biztosítják, hogy: 2020. december 31-ig valamennyi új épület közel nulla energiaigényű épület legyen; és 2018. december 31. után a hatóságok által használt vagy tulajdonukban levő új épületek közel nulla energiaigényű épületek legyenek.” Az épületek utólagos hőszigetelésével, megújuló energiaforrások alkalmazásával, valamint energiahatékonyságot növelő intézkedésekkel az épületek energiaigénye nagymértékben csökken. Az elért energiamegtakarítást célzó intézkedések azonban, nem okozhatnak komfortproblémákat az épületben tartózkodók számára. A sugárzó fűtések alkalmazásával alacsonyabb hőmérsékleten üzemeltethetjük a fűtési rendszereket 83


ezzel csökkentve a rendszer hőveszteségeit, illetve a megújuló energiaforrások nagyobb exergetikai hatékonysággal integrálhatóak. A fejezetben bemutatjuk azoknak a kísérleteknek az eredményeit, melyeknek célja a sugárzó fűtések szakaszos üzemének energetikai, exergetikai és hőérzeti vizsgálata volt.

3.1. Felületfűtések exergetikai vizsgálata felfűtési időszakban 3.1.1. Bevezetés Az felületfűtésekkel ellátott épületek exergiaigénye minimális [3.3]. Babiak és kutatótársai [3.4] vizsgálataik során bebizonyították, hogy a felületfűtés-felülethűtés esetében a hőérzeti viszonyok is jobbak, mint a hagyományos konvekciós fűtési rendszerek esetében. Olesen [3.5] [3.6], illetve Zöld és Kalmár [3.7] vizsgálták a felületfűtés szakaszos üzemeltetése során elérhető energiamegtakarítás mértékét, valamint a kialakuló mikroklíma elfogadását hőérzeti szempontból. A felületfűtési rendszereknek a hőtehetetlensége eltérő és többnyire az alkalmazott technológia és üzemeltetési hőmérséklet függvénye. Fontos kérdés, hogy a felfűtési időszakban hogyan alakul az operatív hőmérséklet az egyes fűtési módok esetén és a felfűtés során adott energia befektetéssel mekkora hőmérséklet-növekedés érhető el. A Debreceni Egyetem BKM Laboratóriumában kialakított mérőszoba alkalmas négy különböző fűtési mód vizsgálatára. Kutatásaim szempontjából a padló-, a fal- és a mennyezetfűtés vonatkozásában tartottam szükségesnek a felfűtést jellemző mikroklíma-paraméterek vizsgálatát, azonban mintegy referenciaértékként elvégeztem a méréseket a hagyományos radiátoros fűtés esetében is. A mérések során a mért paraméterek a következők voltak: belső léghőmérséklet, külső léghőmérséklet, padló, külső fal, ablak, mennyezet felületi hőmérséklete, a fűtőközeg előremenő és visszatérő hőmérséklete, valamint a tömegárama. A mérések célja kizárólag a fűtési rendszerek által generált változások vizsgálata, ezért a mérések során a teszthelyiségben senki sem tartózkodott.

3.1.2. A mérés helyszíne A mérések egy speciálisan kialakított teszthelyiségben kerültek elvégzésre (3.1. ábra). A teszthelyiség belső mérete: 3,0 m × 3,0 m × 2,5 m. Az „adiabatikus” kamra 200 mm-es vastagságú, önhordó szendvics szerkezetű, porfestett sima lemez fegyverzetű, a fegyverzetek között sima poliuretán hab kitöltésű panelekből épült. Az egyes elemek egymásba tolható csap-hornyos kialakítással kapcsolódnak. A sarkoknál és a tetőnél a 90º-ban kapcsoló elemek külső és belső takaró lemezekkel kerültek rögzítésre. A panelek közötti rések a szereléskor PUR habbal kerültek kitöltésre. A panel hőátbocsátási tényezője U = 0,16 W/m2K, a hab sűrűsége 38…43 kg/m3, a habosítás FCKW-mentes anyaggal történt. 84

3.1. Felületfűtések exergetikai vizsgálata felfűtési időszakban

A teszthelyiség és az „adiabatikus” kamra közötti térben különböző hőmérséklettel rendelkező terek alakíthatók ki. Mint ahogy az ábra alapján megfigyelhető a mérőkamra egyik falszerkezete csak külső falként, egy másik falszerkezet külső vagy belső falként funkcionálhat. A másik két falszerkezet mindig belső falként működik. A „külső” tereket kézzel könnyen mozdítható falakkal választjuk el egymástól, amelyeket csak a mérések idejére illesztünk megfelelően a helyükre attól függően, hogy egy vagy két külső fallal rendelkező helyiségben szeretnénk mérni. A 3.1. ábra. Teszthelyiség válaszfalak alatt a külső tér felső burkolata az adiabatikus kamrában megszakad, hogy elkerüljük a folyamatos födémen kialakuló hőáramokat. A válaszfalakat közvetlenül az úsztatott födém alatt elhelyezett polisztirol rétegre helyeztük el. A mérőkamra mennyezete és padlószerkezete úgy van felépítve, hogy a nemkívánatos hőhidakon kialakuló hőáramok minimálisak legyenek. A mérőkamra és a hűtőkamra mennyezete ugyanazon hűtőpanelekből készült, de a folytonosság meg van szakítva megfelelő vastagságú, PUR habbal kitöltött, rés által. A mérőkamra falszerkezete egy 4 cm vastag parafa réteg közbeiktatásával került elhelyezésre a 10 cm magas alapra, amely úgy a belső, mint a külső oldalon 3-3 cm vastag hőszigetelő réteggel van ellátva (polisztirol a belső, poliuretán a külső oldalon. Ezáltal, várhatóan a falak pereme mentén minimális lesz a hőhídhatás. A falszerkezet 30 cm tömör téglából készült, és a belső oldalon 2 cm mészvakolattal, külső oldalon pedig 2 cm cementvakolattal van ellátva. Ennek a szerkezetnek a hőátbocsátási tényezője Ubf = 1,67 W/m2K. A „külső tér” hőmérséklete –20 °C és +32 °C között, egy központi csoportaggregátos hűtőberendezés segítségével, állítható. Ezáltal a mérsékelt kontinentális éghajlatra vonatkozó téli klimatikus jellemzők szimulálhatók. Nyári klimatikus viszonyok esetén a direkt és szórt sugárzási viszonyok nem szimulálhatóak. A „külső teret” szimuláló terekben az elpárologtatók akár –20 °C hőmérsékletet is előidézhetnek, míg a „belső térben” elhelyezett elpárologtató +5 °C-ig tudja lehűteni a levegőt, ha a mérés ezt szükségessé teszi. Ugyanezekben a terekben villamos fűtés is van elhelyezve, melynek célja az, hogy akár +28 °C levegő-hőmérséklet is előidézhető legyen. A hűtőberendezés működését, vagyis a kért hőmérsékletértékeket, a vezérlőszekrényben elhelyezett PLC segítségével szabályozzuk. Az elpárologtatók elektromos fűtőbetétekkel vannak ellátva, amelyek a jég leolvasztását biztosítják, mely a levegőből a lamellákon kicsapódó nedvességből keletkezik. Az így kialakított mérőszoba hőszükséglete 20 °C belső hőmérséklet és –15 °C „külső hőmérséklet” mellett 1011 W. Ezt a hőigényt a helyiségben elhelyezett különböző típusú fűtési berendezéssel fedezzük: mennyezetfűtés, padlófűtés, falfűtés, radiátoros fűtés. Ezek külön-külön is és együttesen is üzemeltethetők. 85


A hőforrás egy több lépcsőben állítható, maximum 6 kW teljesítménnyel rendelkező, LAING elektromos fűtőkazán. A rendszer térfogatát egy 200 l-es Viessmann tároló tartály növeli. A kazán keringető szivattyúja akkor kapcsol be, amikor a tartályban a hőmérséklet a kívánt érték alá csökken. A fűtési rendszer működési paraméterei egy DDC segítségével vannak szabályozva. Lehetőség van értéktartó és időjáráskövető szabályozásra. A mérőkamra egyik falszerkezetében egy műanyag kerettel és hőszigetelt üveggel, 100 cm × 120 cm méretekkel rendelkező ablakot helyeztünk el. A mérések során a friss levegő mennyiséget a teszthelyiségbe egy kettős hővisszanyeréssel rendelkező „fent-fent” LVR szellőzési rendszer segítségével biztosítottam. A friss levegő a 3,0 m széles és közel 100,0 m hosszú laborfolyosóról kerül bevezetésre az első hővisszanyerőn keresztül a teszthelyiség és az „adiabatikus” kamra közötti tér „belső térrészébe”, ahonnan a második hővisszanyerőn keresztül kerül bevezetésre a teszthelyiségbe. A hatalmas légtérfogat egy közel állandó hőmérsékletű levegőt biztosított a mérések során. A kettős hővisszanyerés kiépítésének pedig az volt a célja, hogy a szellőzési rendszer energetikai szempontból ne zavarja túlságosan meg fűtési rendszer működését. Első lépésként a feladat tehát a mérőkamrában elhelyezett különböző fűtési rendszerek összehasonlítása volt a felfűtési időszakban. Egy mérés intervalluma három óra volt, és ez alatt a felfűtési időszak alatt meghatározásra kerültek a mérőkamrában a hőmérséklet-változások, hogy megállapítható legyen a mért adatokból a befektetett energia és a várható hőérzeti érték. A mérések úgy kerültek kialakításra, hogy mindazon értékek, melyek a számításokhoz szükségesek mért adatként álljanak rendelkezésre.

3.1.3. Mérési eredmények 3.1.3.1. „Külső hőmérséklet” A méréseket két „külső hőmérséklet” mellett végeztem el: –15 °C mellett (az északkelet-magyarországi területre vonatkozó külső hőmérséklet tervezési értéke) és 0 °C (a Január hónapra vonatkozó átlagos külső hőmérséklet). A 3.2. ábrában látható, hogy a tervezett külső hőmérséklet értékeiben kis változások léptek fel, ami leginkább a hűtési rendszer szabályozási hiszterézisének köszönhető. Megállapítható, hogy a hőmérséklet-ingadozások nem befolyásolhatták a teszthelyiségben mért adatokat egyrészt mivel abszolút értékben kis változásokról van szó, másrészt a teszthelyiség falszerkezetének csillapítása és késleltetése miatt sem.

3.1.3.2. Padlófűtés A teszthelyiségben REHAU padlófűtés van elhelyezve 15 cm csőosztással. A mért hőmérsékletértékek alakulását a 3.3. ábra mutatja be. Látható, hogy –15 oC „külső hőmérséklet” mellett 13,2 oC padlóhőmérséklet-emelkedést mértem a 3 órás mérés 86


0

Hőmérséklet [°C]

–2 –4 –6 –8 –10 –12 –14 13:00

12:50

12:40

12:30

12:20

12:10

12:00

11:50

11:40

11:30

11:20

11:10

11:00

10:50

10:40

10:30

10:20

10:10

10:00

–16

Idő [hh:pp] 3.2. ábra. Külső hőmérséklet alakulása a mérés során

alatt. A padlóhőmérséklet emelkedése 3,3 oC emelkedést generált a léghőmérsékletben, 2,2 oC emelkedést a külső fal felületi hőmérséklete esetében, 1,1 oC-t emelkedett a falsarok hőmérséklete, 2,4 oC-kal emelkedett a mennyezet felületi hőmérséklete, és az ablak felületi hőmérséklete is emelkedett 1,7 oC-kal. A befújt friss levegő hőmérséklete követte a belső levegő hőmérsékletének alakulását, és mintegy 2 oC-kal volt magasabb a mérés végén, mint a mérés kezdetén. A 0 oC külső hőmérséklet mellett mért hőmérséklet-növekedések elmaradnak az előbb felsorolt értékeknél: 14 oC-kal növekedett a padlóhőmérséklet, 0,6 oC-kal növekedett a léghőmérséklet, 1,1 oC-kal a külső fal hőmérséklet, 0,9 oC-kal a falsarok belső felületi hőmérséklete, 1,1 oC-kal a mennyezet felületi hőmérséklete és 0,6 oC-kal növekedett az ablak felületi hőmérséklete. A befújt friss levegő hőmérséklete 0,6 oC-kal volt magasabb a mérés végén, mint a mérés kezdetekor.

Idő [h]

te = 0 °C

26 24 22

t belső t külső fal t falsarok t padló t mennyezet t ablak

20 18 16 14

13:00

12:45

12:30

12:15

12:00

11:45

11:30

11:15

11:00

10:45

10:30

10

10:15

12 10:00

15:00

14:45

14:30

14:15

14:00

13:45

13:30

13:15

13:00

12:45

12:30


Hőmérsékletek [°C]

b)

te = –15 °C

12:15

25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5

12:00


a)

Idő [h]

3.3. ábra. Hőmérsékletek alakulása padlófűtés esetében

87


3.1.3.3. Mennyezetfűtés A teszthelyiségben egy BEKA kapillárcsöves mennyezetfűtés van elhelyezve. A fűtőszőnyeget alig néhány mm vastagságban takarja a vakolat. A mért hőmérsékletek értékeit a 3.4. ábra mutatja be. Látható, hogy a háromórás mérés alatt a mennyezet hőmérséklete –15 oC külső hőmérséklet mellett 16,4 oC-t emelkedik, 4,8 oC-t emelkedik a léghőmérséklet, 3,7 oC-t emelkedik a külső fal belső felületi hőmérséklete, 2,9 o C-t a falsarok belső felületi hőmérséklete, 1,5 oC-t a padlóhőmérséklet és az ablak hőmérséklete is 4,7 oC-t emelkedett. A friss levegő hőmérséklete a mérés végén 4,3 o C-kal volt magasabb, mint a mérés kezdetén. Ha a külső hőmérséklet 0 oC volt a mennyezet felületi hőmérséklete 14,2 oC-t emelkedett, ami a háromórás mérés alatt 4,5 oC-kal emelte a léghőmérsékletet, 2,8 oC-kal a külső fal belső felületi hőmérsékletét, 2,1 oC-kal emelte a falsarok belső felületi hőmérsékletét, 1,5 oC-kal a padlóhőmérsékletet és 3,3 oC-kal az ablakhőmérsékletet. A friss levegő hőmérséklete mintegy 4,5 oC-kal volt nagyobb a mérés végén, mint a mérés kezdetén. b) te = 0 °C

19:00

18:45

18:30

18:15

18:00

17:45

17:30

17:15

17:00

16:45

16:30

t belső t külső fal t falsarok t padló t mennyezet t ablak 16:15

32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10

16:00

14:00

13:45

13:30

13:15

13:00

12:45

12:30

12:15

12:00

11:45

11:30



te = –15 °C

11:15

32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8

11:00


a)

Idő [hh:pp]

Idő [hh:pp]

3.4. ábra. Hőmérsékletek alakulása mennyezetfűtés esetében

Látható, hogy a mennyezetfűtés esetén a fűtőfelület hőmérséklete nagyrészt az első fél órában emelkedett, majd egy óra után már alig változott. Ezzel szemben a padlófűtés esetében a mérés teljes időtartama alatt folyamatosan emelkedett a hőmérséklet. Mindkét fűtési mód esetében a magasabb „külső hőmérséklet” mellett minden hőmérsékletnövekedés-érték kisebb volt.

3.1.3.4. Radiátorfűtés A teszthelyiségben egy 600×600 Dunaferr DK 22 típusú radiátor van elhelyezve a nyílászáró alatt. A mért hőmérsékletek értékeinek változását mutatja be az 3.5. ábra. Látható, hogy –15 oC „külső hőmérséklet” mellett a léghőmérséklet 4,63 oC-t emelkedett. Ezzel együtt a külső falszerkezet belső felületi hőmérséklete 3,54 oC-t, a falsarok belső felületi hőmérséklete 2,22 oC-t, a padlóhőmérséklet 1,24 oC-t, a mennyezet hőmérséklete 3,16 oC-t, az ablak hőmérséklete 7,34 oC-t emelkedett. A helyiségbe bevezetett friss levegő hőmérséklete a mérés végére 4,07 oC-t emelkedett. 88

3.1. Felületfűtések exergetikai vizsgálata felfűtési időszakban b) te = –15 °C

18


16 14 12

13:00

12:45

12:30

12:15

12:00

11:45

11:30

11:15

11:00

10:45

10:00

8

10:30

10 10:15


20

13:00

12:45

12:30

12:15

12:00

11:45

11:30

11:15

11:00

10:45

10:30

te = 0 °C 22


10:15

22 20 18 16 14 12 10 8 6

10:00


a)

Idő [hh:pp]

Idő [hh:pp]

3.5. ábra. Hőmérsékletek alakulása radiátorfűtés esetében

Ha a külső hőmérsékletet 0 oC-ra állítottam be, a léghőmérséklet 3,98 oC-t emelkedett és ezzel egy időben a külső falszerkezet belső felületi hőmérséklete 2,95 oC-t, a falsarok belső felületi hőmérséklete 1,97 oC-t, a padlóhőmérséklet 1,53 oC-t, a mennyezet 4,12 oC-t, az ablakhőmérséklet 3,25 oC-t emelkedett. A helyiségbe bevezetett friss levegő hőmérséklete a mérés végén 3,4 oC-kal volt nagyobb, mint a mérés kezdetén. Látható, hogy ebben az esetben is a mért hőmérsékletértékek többségének emelkedése akkor volt nagyobb, mikor a külső hőmérséklet kisebb volt. Ugyanakkor az ablak felületi hőmérsékletének emelkedése jóval nagyobb, mint az előző méréseknél, hiszen a radiátor által felmelegített levegő az ablak előtt emelkedik fel. Ennek hőérzeti szempontból mindenképpen van jelentősége, hiszen az ablak az egyik legkisebb felületi hőmérséklettel rendelkező határoló szerkezet. Az ablak felületi hőmérsékletének nagymértékű emelkedése csökkenti az egyén által sugárzással leadott hőmennyiséget és az aszimmetrikus sugárzás kockázatát.

3.1.4. Mérési adatok értékelése

20 19 18

radiátor (–15 °C)

17

padlófűtés (–15 °C)

16

menyezetfűtés (–15 °C)

15

radiátor (0 °C)

14

padlófűtés (0 °C) menyezetfűtés (0 °C) 03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

12

00:15

13 00:00

Operatív hőmérsékletek [°C]

A mérések alapján látható, hogy a teszthelyiségben a léghőmérséklet és a határoló szerkezetek felületi hőmérséklete miként változott a mérések időtartama alatt. Ezeket az adatokat felhasználva meghatározható a közepes sugárzási hőmérséklet a padló

Idő [hh:pp]

3.6. ábra. Az operatív hőmérséklet alakulása a teszthelyiségben

89


középpontjában ülő helyzetre vonatkozóan, illetve az operatív hőmérséklet is számítható. Ez utóbbi alakulását mutatja be a 3.6. ábra. A mérések pontosan egyazon hőmérsékletről való indítása nem volt célom. A vizsgálat célja kizárólag az egyes fűtési rendszerekkel elérhető hőfoknövekedés és az ehhez tartozó energiamennyiség meghatározása volt. Látható, hogy a mérések indítási hőmérsékletei között így 2–3 oC eltérés volt. Az operatív hőmérséklet emelkedését, illetve a felhasznált energiamennyiséget mutatja be a 3.7. ábra. 4,5 4,0

Operatív hőmérséklet-emelkedés [°C]

3,5

Energiafogyasztás [kWh]

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 )

)

°C 0 s( té fű

űt

et

óf

en ye z

dl pa

ra

di

át

és

or

(0

(0

5 –1 s( té fű

m

m

en ye z

et

°C

) °C

) °C

) °C űt óf

dl pa

ra

di

át

és

or

(–

(–

15

15

°C

)

0

3.7. ábra. Operatív hőmérséklet emelkedése és a felhasznált energiamennyiség

Az egyes fűtési rendszerek esetében az operatív hőmérséklet emelkedésének sebességét, illetve a befektetett energiával elért operatív hőmérséklet-emelkedést mutatja be az 3.1. táblázat. 3.1. táblázat. Az elemzett fűtési rendszerek hőtehetetlenségének jellemzői Fűtési rendszer típusa

Radiátor

külső hőmérséklet

Padló

Mennyezet

Radiátor

–15 ºC

Padló

Mennyezet

0 ºC

Az operatív hőmérséklet emelkedésének sebessége [ºC/óra]

1,083

1,103

1,263

1,217

1,250

1,433

Elért operatív hőmérsékletnövekedés/befektetett energia [ºC/kWh]

1,102

1,068

1,112

1,208

1,187

1,225

90


3.1.5. Összefoglalás A teszthelyiségben végzett mérések alapján meghatároztam padló-, mennyezet- és radiátorfűtés esetében az operatív hőmérséklet-növekedés sebességét, illetve az 1 oC operatív hőfokemelkedéshez tartozó fajlagos energiafogyasztást két különböző külső hőmérséklet mellett. Úgy a hőfoknövekedés sebessége, mint a fajlagos energiafogyasztás szempontjából a legjobb eredményt a mennyezetfűtés esetében kaptam. A magasabb külső hőmérséklet nagyobb operatív hőfokemelkedési sebességet, de ugyanakkor nagyobb fajlagos energiafogyasztást eredményezett. Az üzemeltetési hőmérséklet –15 oC „külső” hőmérséklet mellett a padló és a mennyezetfűtés esetében 40/30 oC, a radiátorfűtés esetén 50/45 oC. A fűtőközeg átlagos hőmérséklete tehát 35 oC volt a felületfűtések esetében és 47,5 oC a radiátorfűtés esetén. Ennek egyik következménye az, hogy az exergiafelhasználás radiátorfűtés esetén nagyobb lett. A felhasznált energiát 0,162 szorzóval kell figyelembe venni a felületfűtés és 0,195 szorzóval a radiátorfűtés esetén (ha a referencia-hőmérséklet 258 K). Ennek megfelelően 1 kWh exergiafogyasztással 6,6 oC körüli operatív hőmérséklet-növekedést érhetünk el padlófűtéssel, 6,8 oC-t men�nyezetfűtéssel, és 5,6 oC-t érünk el radiátorfűtés esetén. Ha a külső hőmérsékletet 0 oCra állítottam be, akkor az üzemeltetési előremenő/visszatérő hőmérséklet 40/37 oC volt a radiátoros fűtés esetén és 33/30 oC a felületfűtések esetén. Az exergetikai váltószámok ebben az esetben 0,171 radiátorfűtésnél és 0,152 padló- és mennyezetfűtésnél. Ennek megfelelően 1 kWh exergiabefektetéssel ebben az esetben 7,06 oC operatív hőmérsékletemelkedést érünk el radiátorfűtéssel, 7,8 oC-t padlófűtéssel és 8,06 oC-t mennyezetfűtéssel. A tömegáram első esetben 200 l/h volt, második esetben pedig 300 l/h. Az energetikai és exergetikai számításokat a 3.2. táblázatban foglaltam össze. Megállapítottam, hogy az energiafogyasztás ugyan több volt 0 oC külső hőmérséklet mellett, mint –15 oC mellett, de az exergiafogyasztás 7,3–10,2%-kal csökkent. 3.2. táblázat. Energetikai és exergetikai adatok R (–15 ºC)

P (–15 ºC) M (–15 ºC)

R (0 ºC)

P (0 ºC)

M (0 ºC)

Felhasznált energia [kWh]

2,95

3,1

3,41

3,02

3,16

3,51

Víz fajhője, c [J/kgK]

4180

4180

4180

4180

4180

4180

Térfogatáram [l/óra]

200

200

200

300

300

300

Tömegáram [kg/s]

0,0547

0,0547

0,0547

0,082

0,082

0,082

tfűtés előre [ºC]

50

40

40

40

33

33

tfűtés vissza [ºC]

45,7

35,5

35

37

30

29,6

Δt [ºC]

4,3

4,5

5

2,9

3

3,4

„Külső” hőmérséklet [ºC]

–15

–15

–15

–15

–15

–15

Referencia-hőmérséklet, K

258

258

258

258

258

258

Átlag közeghőmérséklet, K

320,85

310,75

310,5

311,5

304,5

304,3

Exergiafogyasztás [kWh]

0,5778

0,5262

0,5764

0,3611

0,3733

0,3268

Exergia kevesebb %

10,22

8,29

7,34

Energia több %

2,39

1,93

2,96

91


3.2. Padló- és mennyezetfűtés hőérzeti vizsgálata 3.2.1. Bevezetés Amikor a léghőmérséklet a komfortzónának megfelelő értékek alá csökken, vagy afölé emelkedik, hőszabályozási mechanizmusok indulnak be szervezetünkben [3.7]. A bőrünkben elhelyezkedő hideg- és/vagy melegreceptorok aktivációja a hipotalamikus központ úgynevezett set-point (elvárt) értékének módosításával éri el a kívánt válaszreakciókat. A környezeti hőmérséklet csökkenése hőtermelési és hőkonzerválási mechanizmusokat – az apikális bőrterületek ereinek vazokonstrikciója, didergés, libabőr stb. – indít el. Ezzel ellentétben, a környezeti hőmérséklet emelkedése hőleadási mechanizmusokat – a bőrerek vazodilatációja, verejtékezés – aktivál. Mind a hőtermelési, mind a hőleadási mechanizmusok aktiválódása a keringési szervrendszer alkalmazkodását igényli, megterheli szervezetünket, és mint ilyen – legalábbis részben – kellemetlen közérzettel [3.7] [3.8] [3.9] [3.10] [3.11] is párosulhat. A kellemetlen közérzet, de már a hőszabályozási mechanizmusok beindulása is, még akkor is, ha az tudatosan fel sem fogott és kellemetlen közérzettel sem párosul, befolyásolja mind fizikai, mind szellemi teljesítőképességünket. Fontos kihangsúlyozni azonban, hogy a komfortzónának megfelelő hőmérséklet-tartomány nem konstans. Mindannyian tisztában vagyunk azzal, hogy egy adott hőmérsékletet kellemesnek vagy kellemetlennek érzünk attól függően, hogy milyen a levegő páratartalma vagy a levegő mozgása, de természetesen a végzett tevékenység intenzitása, az öltözékünk minősége és mennyisége is befolyásolja közérzetünket. Magas környezeti hőmérséklet esetén, például, az alacsony páratartalom, az intenzív légmozgás csökkentheti a kellemetlen érzést. A jobb hőszigetelési tulajdonságokkal rendelkező anyagok és az energiatakarékosabb fűtési és/vagy szellőzési/hűtési technikák mellett új lehetőségként merült fel annak vizsgálata, hogy miként alakul a komfortérzet dinamikusan változó hőmérsékletek és légsebességek mellett. Ennek a koncepciónak a kidolgozására olyan méréssorozatot terveztem, ahol a hőérzethez kapcsolódó objektív paramétereket (léghőmérséklet, felületi hőmérsékletek, légsebesség) és a szubjektív komfortérzetet vizsgáltam (kérdőív) különböző fűtési és hűtési technikák alkalmazása esetén kontrollált körülmények között.

3.2.2. Sugárzó fűtések dinamikus jellegű üzemeltetésének hőérzeti és energetikai vonatkozásai A méréseket a Debreceni Egyetem BKM Laboratóriumában végeztem el 20 hallgató bevonásával (12 fiú és 8 lány), akik 15 percenként kérdőíveket töltöttek ki a hőérzettel kapcsolatban [3.12] [3.13]. A mérés során felváltva működött a mennyezet- és a padlófűtés (3.8. ábra) és a friss levegőt az ablak tokszerkezetében elhelyezett légbevezető nyílásokon keresztül juttattam a helyiségbe. A felfűtés 17 oC hőmérsékletről indult. 92

3.2. Padló- és mennyezetfűtés hőérzeti vizsgálata

Adatgyűjtők segítségével regisztráltam a léghőmérsékleteket, mértem a beáramló levegő hőmérsékletét és sebességét, a fal-, a falsarok-, az ablak, a padló és a mennyezet felületi hőmérsékletét, a fűtőközeg térfogatáramát, az előremenő és a visszatérő hőmérsékleteket. A mennyezet és a padló hőmérsékletének változását a 3.9. ábra mutatja be.

1

02:45

03:00

02:30

01:45

02:00

01:15

01:30

02:15

Padlófűtés

Nincs fűtés

01:00

00:45

00:15

00:00

0

00:30

Mennyezetfűtés

Idő [hh:pp] 3.8. ábra. Fűtési rendszer üzemeltetése

30 25

15 10

padló

03:00

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

0

02:45

mennyezet

5

02:30

tp, tm [°C]

20

Idő [hh:pp] 3.9. ábra. Mennyezet és padló felületi hőmérséklete

Látható, hogy bár a padlófűtés az első másfél órában nem működött, mégis emelkedett a hőmérséklete a mennyezettel történő sugárzásos hőcsere miatt. Ugyanakkor mivel a mennyezetfűtésnek sokkal kisebb a tehetetlensége, jóval rövidebb idő alatt értem el a szükséges felületi hőmérsékletet. A hőérzeti viszonyok várható alakulását a PMV és a PPD értékekkel lehet megadni. A PMV-értéket a (3.1) összefüggéssel lehet meghatározni, a PPD-értéket pedig a (3.2) egyenlettel számíthatjuk [3.14]:

{

= PMV (0,303e −0,036 M + 0,028) (M − W ) − 3,05 × 10−3 × 5733 − 6,99(M − W ) − pa  − − 0, 42 × (M − W ) − 58,15 − 1,7 × 10−5 M (5867 − pa ) −

(3.1)

}

− 0,0014 M (34 − ti ) − hr × 10−8 f cl × (t cl + 273)4 − (tr + 273)4  − f cl hc (t cl − ti )

ahol: M – a metabolikus hő [W/m2], W – a mechanikai munka [W/m2], Icl – a ruházat hőszigetelő képessége [m2K/W], fcl – a ruházattal borított és nem borított testfelületek aránya, ti – a léghőmérséklet [oC], tr – a közepes sugárzási hőmérséklet [oC], pa – a 93


vízgőz parciális nyomása belső levegőben [Pa], hc – a konvekciós hőátadási tényező [W/m2K], hr – a sugárzásos hőátadási tényező; tcl – a ruházat felületi hőmérséklete [oC]. PPD = 100 − 95e ( −0,03353 PMV

4

− 0,2179 PMV 2 )

(3.2)

PPD (%)

A PMV és a PPD elméleti kapcsolatát a 3.10. ábrán látható diagram szemlélteti [3.11]. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 –3

–2

–1

0 PMV

1

2

3

3.10. ábra. A PMV és a PPD elméleti kapcsolata

A ruházattal borított test és a ruházat nélküli test felületeinek aránya a (3.3) összefüggéssel határozható meg [3.14]:

1,00 + 1,290 I cl ha Icl < 0,078 m2 K/W  f cl =  (3.3) 1,05 + 0,645 I cl ha I cl > 0,078 m2 K/W

Az operatív hőmérsékletet a közepes sugárzási hőmérséklet és a léghőmérséklet súlyozott átlagaként határozhatjuk meg:

t op =

hr tr + hc ti (3.4) hr + hc

A konvekciós hőátadási tényező pedig a hőmérsékletek különbségének vagy a levegő áramlási sebességének a függvénye [3.14]:

2,38 ( t − t )0,25 ha 2,38 ( t − t )0,25 > 12,1 v cl i cl i ar  hc =  (3.5) 0,25 12,1 var ha 2,38 t t 12,1 v − < ( ) cl i ar 

ahol var – a levegő relatív áramlási sebessége [m/s]. A sugárzásos hőátadási tényező a (3.6) összefüggéssel számítható:

hr 5,67 ⋅10−8 ε =

Ar (t cl + 273)4 − (tr + 273)4 (3.6) AD (t cl − tr )

ahol az Ar/AD arány 0,7 ülő, 0,73 álló emberre vonatkozóan, 5,67 a Stefan–Boltzmannkonstans [W/m2 × K4]; e – a ruházattal borított test emissziós tényezője. 94


A hallgatók által kitöltött kérdőívben (3.11. ábra) a legfontosabb kérdés a hőérzet meghatározása volt a 7 pontos hőérzeti skálán. A helyiség két „külső” fallal rendelkezik (3.1. ábra). A mérések során a mozgatható falszerkezeteket a külső térben úgy helyeztem el, hogy a teszthelyiség sarokhelyiségként működjön. Az egyik alany hőérzeti szempontból rosszabb helyzetben volt mivel mögötte nem belső fal, hanem külső fal volt tehát azt vártam, hogy rosszabb értékekkel minősíti majd a környezetet. Egy-egy mérés során a bevitt hőenergia 3,9 kWh volt. Ha folyamatos fűtést feltételezünk, akkor a felhasznált energiamennyiség 4,2 kWh lenne. Ennek megfelelően jelen esetben a megtakarított energia 7%. Az üzemeltetési mód alkalmazható3.11. ábra. A mérések során alkalmazott kérdőív ságát természetesen a hőérzetre vonatkozó válaszok határozzák meg. A mérések rámutattak arra, hogy a 17 oC kiindulási hőmérséklet túlságosan alacsony ahhoz, hogy elfogadható értékeket kapjunk, viszont mivel a mérés több szakaszában is a hőérzetet ennek ellenére elfogadhatónak ítélték meg a benntartózkodók lehetséges, hogy egy nagyobb kiindulási hőmérsékletérték esetében elfogadható hőérzetet alakíthatunk ki alacsonyabb energiafelhasználás mellett. A 10 csoporttal lefolytatott mérések válaszaiból kettőt mutatok be az alábbiakban.

1 alany

2

2 alany 1 0 –2

15:00

14:45

14:30

14:15

14:00

13:45

13:30

13:15

13:00

12:45

12:30

12:15

–3 12:00

Szubjektív hőérzet

3

Idő [hh:pp] 3.12. ábra. Hőérzetre vonatkozó értékek (1. csoport)

95


3.13. ábra. 3 kérdésre adott válaszok (1. csoport)

1


1 alany 2 alany

0

–1

15:00

14:45

14:30

14:15

14:00

13:45

13:30

13:15

13:00

12:45

12:30

12:15

12:00

–2 Idő [hh:pp] 3.14. ábra. Hőérzetre vonatkozó értékek (2. csoport)

A 3.12., illetve 3.14. ábrában bemutatott szubjektív hőérzeti értékek átlagosak. A 3.14. és 3.15. ábrán látható, hogy vannak rövid időszakok, amikor a szubjektív hőérzet értéke 0, vagyis a kialakított mikroklíma-paraméterek a két alany számára ideálisak voltak, illetve a mikroklíma-paraméterek értékein nem változtatnának. Ha a mérések során kapott összes PMV-érték átlagát elemezzük (3.16. ábra) akkor nagyon jól érzékelhető ennek az értéknek a növekedése a felfűtési szakaszokban, illetve csökkenése, amikor a rendszert kikapcsoltuk. Mindazonáltal a 3 óra mérési időből van 1 óra olyan időszak, amikor a hőérzeti érték nagyobb –1-nél (kellemesen hűvös zóna). A kutatások során megvizsgáltuk, hogy mi történik magasabb kiindulási hőmérsékletek esetében, illetve különböző szakaszos üzemeltetési módokra vonatkozóan. 96


3.15. ábra. 3 kérdésre adott válaszok (2. csoport)

0,0 –0,2 –0,4 –0,6 PMV

–0,8 –1,0 –1,2 –1,4

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:00

–1,8

00:15

–1,6

Idő [hh:pp]

3.16. ábra. Átlagos hőérzeti értékek

A kapott értékek statisztikai értékelését boxplot-diagramban mutatom be (3.17. ábra). A diagram tartalmazza a medián értékét, az alsó és felső kvartilist. A 3.9. ábra mutatja be, hogy a mérések során hogyan alakult a mennyezet, illetve a padló felületi hőmérséklete. Látható, hogy a mennyezet maximális hőmérséklete 28 o C volt egy óra üzemidő után, majd a kikapcsolás után 2 óra alatt visszahűlt 22,5 oC-ra. A padlóhőmérséklet valamennyit emelkedett az első 1,5 órában majd a bekapcsolás után 1,5 óra alatt elérte a 22,5 oC-t. A mennyezetfűtés esetében tehát egy óra üzemidő alatt 9 oC-t emelkedett a hőmérséklet (1 oC/6,67 perc), míg a padlófűtés esetében a hőfokemelkedés 4,5 oC 1,5 óra alatt (1 oC/20 perc). A 3.18. ábra bemutatja a hőérzettel elégedetlenek (PPD) és a hőérzettel elégedettek (PPS) arányát a mérés 3 órájában. Nagyon jól látható, hogy az elégedettek (a hőérze97

3. Felületfűtések szakaszos üzemeltetésének energetikai, exergetikai és hőérzeti elemzése 3

2


1

0

–1

–2

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:00

00:15

–3

Idő [hh:pp]

3.17. ábra. A mérési eredmények bemutatása boxplot-ábrában

tet elfogadhatónak ítélők) aránya növekedett miután a padlófűtés is bekapcsoltuk. Az arány csökkenése a mérések végén, illetve az ingadozás a mennyezetfűtés működési ideje alatt, véleményem szerint az adaptációnak tudható be. Vagyis az egyének a hő70 PPS

60

PPD

PPS, PPD [%]

50 40 30 20

Idő [hh:pp]

3.18. ábra. A hőérzettel elégedettek és elégedetlenek százalékos aránya

98

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

0

00:00

10


mérséklet-növekedést pozitívumként értékelték, azonban miután ezt megszokták ,már nem tartották elegendőnek. A fűtést 1 óra üzemidő után teljesen kikapcsoltuk. Látható, hogy 1 óra 15 perckor az egyének rögtön reagáltak a kikapcsolásra, azonban, 1 óra 30 perckor (ekkor kapcsoltuk be újra a fűtést) már többen tartották elfogadhatónak a hőérzetet, mint fél órával előtte. Véleményem szerint ez is az adaptációnak köszönhető. A fűtés kikapcsolása után a hőmérséklet-emelkedés azonnal átváltott csökkenésbe. Később azonban az egyének megszokták azt, hogy már nem emelkedik a hőmérséklet. A 3.19. ábra a hőérzettel elégedetlenek arányát mutatja be: az alanyok válasza alapján, illetve a számított értéket az irodalomban megadott összefüggés alapján. Érdekesség, hogy kiinduláskor a két érték teljesen megegyezik egymással. A szakaszos üzemeltetés során azonban nagy különbségek adódnak (a valós érték akár duplája is lehet az elméleti értéknek). Ez azt jelenti, hogy a szakirodalomban megadott összefüggések nagyon jól alkalmazhatóak a stacioner folyamatok elemzésére, azonban a dinamikusan változó mikroklíma-paraméterek esetében ezek az összefüggések olyan értékeket adnak, melyek nem fedik a valóságot. 70 PPD

60

PPD (elméleti)

PPS, PPD [%]

50 40 30 20

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

0

00:00

10

Idő [hh:pp] 3.19. ábra. A hőérzettel elégedetlenek számított és mért aránya

3.2.3. Különböző hőmérséklet-intervallumok elemzése A 3.3. táblázatban a közepes sugárzási hőmérséklet, levegő-hőmérséklet, friss levegőáramlási sebessége (a légbevezető nyílásban) és a relatív nedvesség értékei vannak bemutatva. Öt különböző állapotot vizsgáltam a teszthelyiségben különböző lég- és közepes sugárzási hőmérsékletre vonatkozó intervallumban. A hőkomfort-paraméterek mellett az energiafogyasztásra vonatkozó adatokat is regisztráltam. A mérések ideje alatt a „külső” hőmérsékletet –15 oC-ra állítottam be. A helyiségbe áramló friss levegő tömegárama a hőmérséklet-ingadozások miatt kicsit változott a mérések ideje alatt. A számított légcsereszám változását mutatja be a 3.20. ábra. 99

100

21,5

21,6

21,7

21,8

21,9

22,1

22,8

23,4

23,8

24,2

24,3

24,4

24,3

22

23

24

25

25,5

25,5

25,5

25

25

25

25

24,5

24,5

1,1

1,05

0,92

0,95

0,94

0,95

0,97

0,96

0,9

0,91

0,89

0,94

0,93

wlev [m/s]

ji [%]

51

51,2

49,6

51,9

53,9

55,8

56,1

57,1

57,4

57,7

60,9

62,1

61,7

Energiafogyasztás: 2,98 kWh

ti [oC]

tks [oC]

1_eset

22,5

22,5

22,5

23

23

23

23

23

23

22

21

21

20

tks [oC]

1,15

1,09

1,15

1,15

1,06

1,08

1,15

1,1

1,2

1,3

1,1

1,1

1,1

wlev [m/s]

ji [%]

45,4

45,5

46,7

47,6

47,8

46,5

47,9

49,3

49,5

50,3

51,6

52,1

51,7


22,3

22,2

22,1

22

22

22

21,9

21,8

21,6

21,1

20,4

19,8

19,4

ti [oC]

2_eset

22

22

22

22

22

22

22

22

22

21,5

21

20

19

tks [oC]

1,07

1,12

1,19

1,13

1,2

1,15

1,14

1,19

1,2

1,14

1,22

1,15

1,17

wlev [m/s]

ji [%]

50,3

50,6

51,7

53,1

53,2

53,1

53,6

55,6

55,9

57,2

57,3

57,2

54,3


21

21

20,9

20,9

20,9

21

20,8

20,7

20,3

19,7

19,1

18,7

18,5

ti [oC]

3_eset

21,5

21,5

21

21,5

21

21,5

21,7

22,5

22

22

21,5

21

19,5

tks [oC]

1,14

1,09

1,21

1,09

1,15

1,15

1,15

1,15

1,2

1,01

1,11

1,1

1,02

wlev [m/s]

ji [%]

50,3

51,3

51,1

51,5

51,7

52,7

98,1

53,9

53,1

53,6

55,5

52

46,3


22,7

22,7

22,5

22,4

22,2

22

21,8

21,6

21,4

21

20,4

20,1

19,1

ti [oC]

4_eset

3.3. táblázat. A mikroklíma-paraméterek a vizsgált állapotokban (15 percenként mérve)

20,8

20,4

20

20,3

20,6

21,4

21

21

21

20,5

18,5

18

17,5

tks [oC]

0,96

0,97

1,1

1,2

1,14

1,15

1,13

1,02

1,19

1,21

1,22

0,98

1,04

wlev [m/s]

ji [%]

52,4

51,8

51,4

51,7

52,6

53

51,9

52,1

52

52,1

51,2

50,9

44,8


20,3

20,1

20,2

20,4

20,7

20,2

20,2

20,1

19,7

19,4

18,3

17,9

17,7

ti [oC]

5_eset



A három óra hosszúságú mérések alatt a közepes sugárzási hőmérséklet 2–3,3 oCkal, a léghőmérséklet 2,5–3,6 oC-kal emelkedett, míg a levegő relatív nedvességtartalma 4–10,7%-kal csökkent. A mérések időtartama alatt az alanyokra vonatkozó mechanikai munka nullának tekinthető, a metabolikus hőmennyiség 1,2 met, a ruházat hőszigetelő képessége Icl = 1,0 clo volt. Egy-egy mérést 10 alannyal 6 fiú és 4 lány végeztem el (5 csoport egy-egy vizsgált hőmérséklet-intervallumra vonatkozóan). Ha behelyettesítjük a mikroklíma-paraméterek értékeit a 3.3. táblázatból, a (3.1) összefüggéssel számíthatóak a PMV-értékek. 3,0 1. eset 2. eset 3. eset 4. eset 5. eset

2,5

n, [h–1]

2,0 1,5 1,0

17:00

16:45

16:30

16:15

16:00

15:45

15:30

15:15

15:00

14:45

14:30

14:00

0,0

14:15

0,5

Idő [hh:pp] 3.20. ábra. A légcsereszám változása a mérések alatt

A PMV-értékeket a 3.21. ábra illusztrálja. Látható, hogy a legjobb eredmények az első esetben várhatóak, míg a legrosszabb eredményeket várhatóan az 5. esetre vonatkozóan adják majd az alanyok. 3 1. eset 2. eset 3. eset 4. eset 5. eset

2

0 –1

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

–3

00:15

–2 00:00

PMV

1

Idő [hh:pp]

3.21. ábra. Számított PMV-értékek

101


A mérések ideje alatt az alanyoknak értékelniük kellett a hőérzetet a 7 pontos hőérzeti skálán. Az alanyok válasza alapján, a 3.22. a–e ábrán, boxplot-diagramok segítségével, a szubjektív hőérzeti értékek változása kerül bemutatásra a vizsgált esetekre vonatkozóan.

Idő [hh:pp]


02:30

02:45

03:00

02:30

02:45

03:00

02:00 02:00

01:30

00:00

03:00

02:30

02:45

02:00

02:15

01:30

01:45

01:00

01:15

–3 00:30

–3 00:45

–2 00:00

–2

01:45

–1

01:00

–1

0

01:15

0

1

00:30

1

2

00:45


2

3

00:15

d)

e)

02:15

Idő [hh:pp]

3

00:15


c)

02:15

Idő [hh:pp]

01:30

00:00

03:00

02:30

02:45

02:00

02:15

01:30

01:45

01:00

01:15

–3 00:30

–3 00:45

–2 00:00

–2

01:45

–1

01:00

–1

0

01:15

0

1

00:30

1

2

00:45


2

3

00:15

b)

3

00:15


a)

Idő [hh:pp]

3 2 1 0 –1 –2 02:45

03:00

02:30

02:00

02:15

01:45

01:15

01:30

00:45

01:00

00:30

00:15

00:00

–3 Idő [hh:pp]

3.22. ábra. A szubjektív hőérzet alakulása; a) (1_eset); b) (2_eset)); c) (3_eset); d) (4_eset); e) a mért és számított PMV-értékek összehasonlítása (5_eset)

102


Az ábrák alapján megállapítható, hogy amíg a számított PMV-érték minden esetben növekszik (3.21. ábra), a mért PMV-érték kezdetben növekszik, majd mikor a mennyezetfűtést kikapcsoltuk ez az érték csökkent. Miután a padlófűtést bekapcsoltuk és az elkezdett felmelegedni a mért PMV-érték újra növekedni kezdett. Az alanyok által meghatározott szubjektív PMV-értékek a számított értékeknél magasabbak. Az alanyok válaszai alapján egyértelműen azonosítható az alany által elfoglalt hely a teszthelyiségben. A kettes számú alany által adott válaszok legtöbb esetben kisebb értéket jelöltek be, mint az egyes alany válaszai. Ennek magyarázata az, hogy a kettes számú alany környezetében két külső épületszerkezet található, míg az egyes számú alany az ablak nélküli fal hatásától védve volt. Az 5_ esetben látható, hogy a felfűtést 17 oC-ról kezdtük és az alanyok nem fogadták el a hőérzeti feltételeket csak utolsó 15 percben. A 2_ és 4_ eset csaknem azonos mikroklíma-paraméterek szempontjából, de az energiafogyasztás szempontjából a 4_ eset előnyösebb, ahol még a leadott válaszok is magasabb értéket mutatnak. Az 1_ esetben leadott válaszok és mért értékek arra utalnak, hogy a hőérzeti viszonyok elfogadhatóságának alsó határa a 21,5 oC hőmérsékletérték körül van. Ebben az esetben a teljes felfűtési időszakot használati időszaknak tekinthetjük, ami azt jelenti, hogy ha a helyiségben a léghőmérséklet és közepes sugárzási hőmérséklet 21,5 oC abban a pillanatban, amikor belépnek a helyiségbe és a felületfűtést bekapcsoljuk (a hőmérsékletek emelkedni fognak) a PMV-értékek 0 körül lesznek.

3.2.4. Összefoglalás Az első méréssorozat, melyet 20 alany bevonásával végeztünk, bizonyítja, hogy 17 oC levegő-hőmérsékletről és közepes sugárzási hőmérsékletről kiindulva, a felületfűtések esetében a felfűtési, illetve lehűlési szakaszban vannak időszakok, amikor a kialakuló mikroklíma-paraméterek az elfogadható határértékek között helyezkednek el. A mérések alapján megállapítható, hogy a rendszerek beindítása után 45 perccel a mikroklíma elfogadható. A mérési eredmények azt mutatták ki, hogy a szakirodalomban ismert PPDgörbe nem fedi igazán azt az esetet, amikor felületfűtést alkalmazunk, és azt dinamikusan üzemeltetjük. A megadott értékeknél jóval magasabb értékeket kaptunk, ami arra utal, hogy az emberek érzékenyebbek a felületi hőmérsékletek alacsonyabb értékeire, mint az alacsonyabb léghőmérsékletekre, ha a légsebesség komforttartományban van. A második méréssorozat azt bizonyítja, hogy ha megfelelő kiindulási értéket választunk a közepes sugárzási hőmérsékletnek és a léghőmérsékletnek, akkor a benntartózkodók által adott szubjektív hőérzeti válaszok értéke 0 körül lesz, ha a padlófűtést és a mennyezetfűtést kombinálva felváltva üzemeltetjük. Figyelembe véve azt, hogy a teljes hőtároló tömeg 5 oC-kal történő felfűtéséhez 2,9 kWh hőre van szükség, és a teszthelyiség hővesztesége a mérési időszak három órájára (belső hőmérséklet 22 oC, külső hőmérséklet –15 oC) 1,14 kW, az összes energiafelhasználás a felfűtési időszakban 19 oC-ról 24 oC-ra (6 óra folyamatos működés) 9,74 kW óra lesz. Ha a 6 órai 103


folyamatos működtetés helyett a 4_ és az 1_ esetet alkalmazzuk egymás után, akkor az összes energiafogyasztás 7,02 kW óra lesz, ami 27% energiamegtakarítást eredményez. A mérések szerint ez a két eset mindvégig megfelelő hőérzetet fog biztosítani a benntartózkodók számára.

3.3. Padló- és mennyezetfűtés szakaszos üzemeltetésének vizsgálata változó légcsereszámok mellett 3.3.1. Bevezetés Az épületfelújításon kívül az épületek fűtési energiafogyasztása megfelelő üzemeltetéssel is csökkenthető. Radiátoros fűtési rendszerek esetében a szakaszos fűtéssel elérhető megtakarítás akár 10% is lehet [3.15]. A jelenlegi EU-irányelvek szerint 2020ra csak közel zéró energiafogyasztású épületek kapnak építési engedélyt. Ezeknél az épületeknél nemcsak az energiafogyasztás, hanem az exergiafogyasztás is nagymértékben csökken. Az alacsony exergiaigényű épületeket alacsony hőmérsékletű fűtés és magas hőmérsékletű hűtés jellemzi, így nagy fűtő-, hűtőfelületek (padló, fal, men�nyezet) szükségesek [3.16]. Az ember és környezet közötti hőcsere folyamatát, illetve ennek hőérzeti vonatkozásait több kutató is vizsgálta [3.11] [3.17] [3.18] [3.19] [3.20], de ezen rendszerek szakaszos üzemeltetése esetén, változó légcsere mellett, a hőérzet alakulását még nem vizsgálták. Az ISO 7730 [3.14] és ASHRAE 55 [3.21] szabványok előírják a belső környezeti paraméterek tervezési értékeit. Ezek az értékek stacioner állapotokra vonatkoznak. Szükségesnek tartottam a szubjektív hőérzet vizsgálatát abban az esetben, amikor a padló- vagy a mennyezetfűtés szakaszosan működik és változó a légsebesség. Az eddigi méréseim alapján nagyobb hőmérsékletek mellett végeztem a méréseket és vizsgáltam a mérési alanyok által adott szubjektív hőérzeti válaszokat. A méréseket a Debreceni Egyetem Épületfizikai Laboratóriumában végeztem.

3.3.2. Anyag és módszer Az előző méréseim alapján a mérések időtartamát 4 órában határoztam meg úgy a padló-, mint a mennyezet fűtés esetében, de a két fűtési rendszernél figyelembe véve a hőtehetetlenséget más-más üzemeltetési stratégiát választottam. A méréseket 32 alany (24 fiú és 8 lány) bevonásával végeztem el. A ruházat hőszigetelő értéke 1,0 clo volt, és ez nem volt változtatható a mérés során. Az alanyok életkora 22 és 29 év között szórt. A mérések időtartama alatt a légcsereszámot (ACH) óránként változtattam: 2.0 h–1, 4.0 h–1, 6.0 h–1, 8.0 h–1. A beépített légtechnikai rendszer fent-fent (fent befúvás – fent elszívás) légvezetéssel rendelkezett. Gyakorlatilag tehát a tartózkodási zónában a légsebesség óránként változott. A szellőzést egy kettős hővisszanyerővel ellátott légtechnikai rendszer segítségével biztosítottam. A külső friss levegő egy 104

3.3. Padló- és mennyezetfűtés szakaszos üzemeltetésének vizsgálata változó légcsereszámok mellett

3,0 × 50,0 × 3,0 m puffertérbe érkezik, amely mintegy 130 tonna hőtároló tömeggel rendelkezik. A hőtároló kapacitása ennek a térnek 116 MJ/K. Ebből a térből a friss levegő egy hővisszanyerőn keresztül előbb a teszthelyiség és az adiabatikus kamra közötti rész „belső” terébe érkezik. Innen egy újabb hővisszanyerőn keresztül juttatjuk a levegőt a teszthelyiségbe. Ennek megfelelően a teszthelyiségbe érkező levegőnek a hőmérséklete mintegy 0,2–0,5 oC-kal marad el a távozó elhasznált levegő hőmérsékletétől.

3.3.3. Mérések A padlófűtés esetén a rendszer a mérés indításával egy időben indult, majd három óra után kikapcsolásra került. A mennyezetfűtés esetében a rendszert, a mérés indítása után egy órával indítottam csak be, majd két óra üzem után kikapcsolásra került. Így a mérés során a padlófűtés három órán át, a mennyezetfűtés pedig két órán át üzemelt. Az alanyok a mérés során az alábbi kérdésekre adtak 15 percenként választ: 1. Értékelje az általános hőérzetet a hét pontos skálán 2. A levegő áramlási sebessége általában elfogadható-e? ha nem, akkor növelni kell csökkenteni kell 3. Érez-e huzatot? ha igen, hol? (boka, test, nyak, fej) 4. A környező felületek hőmérséklete elfogadható-e? ha nem, akkor növelni kell csökkenteni kell 5. A levegő minősége általában megfelelő-e? Adatgyűjtők segítségével regisztrálásra került a külső hőmérséklet, a belső hőmérséklet, a belső levegő relatív nedvességtartalma a helyiség középpontjában a padlószinttől 0,1 m, 1,1 m és 1,7 m magasságban (3.23. ábra). A mérés során 15 percenként rögzítésre kerültek a felületi hőmérsékletek (külső fal, falsarok, ablak, padló, mennyezet), a közepes sugárzási hőmérséklet (egy pontban a helyiség közepén 1,7 m magasságban a padlószinttől), friss levegő hőmérséklete, friss levegő belépő sebessége, levegő áramlási sebessége (a padlószinttől 0,1 m, 1,1 m és 1,7 m magasságban), a turbulencia intenzitása a helyiség közepén 1,1 m magasságban, a fűtőközeg előremenő és vis�szatérő hőmérséklete, illetve tömegárama. A TESTO 175-H2 adatgyűjtők, illetve a TESTO 435 gömbhőmérséklet-érzékelőt (3.24. ábra) a megfelelő mérési pontokban 3.23. ábra. A mérési pontok elhelyezése 105


helyeztem el. A mérések alatt a helyiségben két személy tartózkodott. A mérések során a kiindulási hőmérsékleteket mindig azonos értéken tartottam. A mérések során a kiindulási hőmérsékletértékeket mutatja be a 3.25. ábra. Látható, hogy némi eltérés mégis kialakult az egyes mérések között, de ez 0,5 oCon belül van, ami több hőmérséklet-érzékelőnél a hibahatár felső értéke. A mérések során a légsebességek a glóbuszhőmérő körül 0,04–0,09 m/s között alakultak (3.4. táblázat). 3.4. táblázat. Légsebességek [m/s]

Mérési pont 1,1 m 1,7 m

Légcsereszám n [h–1]

0,1 m

2

0,02

0,04

0,03

4

0,02

0,05

0,04

6

0,05

0,09

0,05

8

0,13

0,09

0,08

3.24. ábra. A glóbuszhőmérsékletek mérése

top 0,1 m 1,1 m 1,7 m tr 0,00

2,00

4,00

Mennyezetfűtés

6,00

8,00

Padlófűtés

10,00 t [°C]

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

3.25. ábra. A kiindulási hőmérsékletértékek

Ennek megfelelően a közepes sugárzási hőmérséklet meghatározásánál a 3.2 összefüggéssel dolgoztam [3.14]: 106

tr = (t g + 273)4 + 2,5 × 108 × var0,6 (t g − ti )

0,25

− 273 (3.7)


A mért turbulenciaintenzitás értékei 36–46% között voltak. Ezek alapján a huzattal elégedetlenek százalékos arányát az alábbi összefüggéssel határoztam meg [3.14]: DR = (34 − ti )(var − 0,05)0,62 (37SD + 3,14) (3.8)

ahol: SD – a légsebesség standard deviációja (korrigált empirikus szórás). A turbulencia intenzitás és a légsebességek standard deviációja közötti kapcsolatot az alábbi összefüggés adja meg [3.14]:

Tu = 100

SD (3.9) var

A (3.3) és (3.4) összefüggések alapján a huzattal várhatóan elégedetlenek százalékos arányának értékeit a (3.5) táblázat tartalmazza. 3.5. táblázat. Huzattal elégedetlenek aránya, % ACH [h–1]

DR

2

6,3

4

9,6

6

14,1

8

14,3

Ahhoz, hogy a teszthelyiségbe betáplált hőmennyiséget pontosan meg tudjam határozni mértem a fűtőközeg tömegáramát és hőmérsékletét. A mennyezetfűtés esetén a tömegáram 150 l/h volt, míg a padlófűtésnél 130 l/h értéket mértem. A fűtőközeg előremenő és visszatérő hőmérsékletének alakulását a padlófűtés (t előre_padló, t vis�sza_padló) és a mennyezetfűtés esetében (t előre_mennyezet, t vissza_mennyezet) a mérés során a 3.26. ábra illusztrálja. 60,00 50,00

30,00 t előre_padló

20,00

t vissza_padló t előre_mennyezet

10,00

t vissza_mennyezet

04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

0,00 00:00

t [°C]

40,00

Idő [hh:pp]

3.26. ábra. Fűtőközeg hőmérséklete a mérés során

107


A tömegáram és a hőmérsékletértékek ismeretében az energiafogyasztás padlófűtés esetében (3 óra üzem) 3,76 kWh volt, míg mennyezetfűtés esetében 3,59 kWh adódott (2 óra üzem). 4,00 2,00

t [°C]

0,00 –2,00

te_padló

–4,00

te_mennyezet

–6,00 –8,00

03:45

04:00

03:45

04:00

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

–10,00

Idő [hh:pp]

3.27. ábra. A „külső” hőmérséklet értékei a mérések során

30,00 25,00

t [°C]

20,00 15,00 10,00 5,00

t falsarok

t ablak

t külső fal

t mennyezet

t padló

Idő [hh:pp]

3.28. ábra. Felületi hőmérsékletek alakulása padlófűtés esetében

108

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

0,00


A 3.27. ábrában látható a „külső” hőmérséklet alakulása a mérések során. A teszthelyiség hőtechnikai paramétereinek ismeretében, a belső hőnyereségek figyelembevételével, illetve a külső-belső hőmérsékletek alapján meghatároztam a teszthelyiség elméleti fűtési energiafogyasztását, ami 4,01 kWh-ra adódott. Az egyes felületek hőmérsékletének alakulását padlófűtés esetében a 3.28. ábra mutatja be. Mennyezetfűtés esetében a felületi hőmérsékletek a 3.29. ábra szerint alakultak. 30,00 25,00

t [°C]

20,00 15,00 10,00 5,00

t falsarok

t ablak

t külső fal

t mennyezet

t padló 04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

0,00

Idő [hh:pp]

3.29. ábra. Felületi hőmérsékletek alakulása mennyezetfűtés esetében

A hőérzet tekintetében a mért adatok alapján meghatároztam a közepes sugárzási hőmérséklet, valamint az operatív hőmérséklet alakulását a mérések során. Ezek értékei a 3.30. ábrában kerülnek bemutatásra. Az ábrában látható, hogy a mennyezetfűtés esetében a közepes sugárzási hőmérséklet 1 oC-kal emelkedett a mérés első órájában, annak ellenére, hogy a rendszer nem volt bekapcsolva, a „külső” hőmérséklet pedig csökkent. Ennek egyedüli magyarázata az lehet, hogy a helyiségben tartózkodó két személy által leadott metabolikus hő (~230 W) elegendő volt ennek a hőfokemelkedésnek a létrehozására. Látható ugyanakkor, hogy bár a padlófűtés üzemelt a mérés kezdetétől, hasonlóképpen 1 oC-kal emelkedett a felületi hőmérséklete a mérés első egy órájában. Ebből azt a következtetést vontam le, hogy a padlófűtés esetén a rendszer üzemeltetése az első órában gyakorlatilag semmi hatást nem fejtett ki a közepes sugárzási, illetve az operatív hőmérsékletre. A léghőmérséklet alakulását a mérés során a 3.31. ábra mutatja be. Az első órában a léghőmérséklet 0,5 oC-ot emelkedett. A vertikális hőmérséklet-különbség a mérés során egyre nagyobb lett. A rendszer hőtehetetlensége miatt a hőfokemelkedés folytatódott a kikapcsolás után is. 109

3. Felületfűtések szakaszos üzemeltetésének energetikai, exergetikai és hőérzeti elemzése 24,00 tr_ padlófűtés 23,00

tr_ mennyezetfűtés top_ padlófűtés

t [°C]

22,00

top_ mennyezetfűtés

21,00

20,00

19,00

03:30

03:45

04:00

03:30

03:45

04:00

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

18,00

Idő [hh:pp]

3.30. ábra. Közepes sugárzási hőmérséklet és operatív hőmérséklet változása

24,00 ti_ 1,7 m

23,00

ti_ 1,1 m

t [°C]

22,00

ti_ 0,1 m

21,00

20,00

19,00

Idő [hh:pp]

3.31. ábra. Léghőmérsékletek padlófűtés esetében

110

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

18,00


A mennyezetfűtés esetében a léghőmérséklet 15 perccel a bekapcsolás után már 1 oC/30 perc sebességgel emelkedett. A kikapcsolás után 15 perccel pedig azonnal csökkenni kezdett (3.32. ábra). 24,00 ti_ 1,7 m

23,00

ti_ 1,1 m

t [°C]

22,00

ti_ 0,1 m

21,00

20,00

19,00

04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

18,00

Idő [hh:pp]

3.32. ábra. Léghőmérsékletek mennyezetfűtés esetében

3.3.4. Mérési eredmények kiértékelése Az MSZ CR 1752 szabvány [3.22] három épületkategóriát különböztet meg a komfort szempontjából. Az „A” kategóriának megfelelő PMV-értékek –0,2 és +0,2 között kell legyenek, a „B” kategóriában –0,5 és +0,5 között, és végül a C kategóriában –0,7 és +0,7 értékekről beszélhetünk. A 3.33. és 3.34. ábrákban a pontos órákban adott válaszok intervallumonkénti aránya látható (szubjektív hőérzet hisztogramja) a mérés során. Látható, hogy voltak esetek, amikor az egyén nagyon hidegnek vagy túl melegnek érzékelte a zárt tér mikrokörnyezetét, de ez nagyon jól korrelál az egyének által megadott preferált hőmérsékletekkel (26 oC, illetve 20 oC). Természetesen azok az egyének, akik jóval magasabb hőmérsékletekhez vannak szokva, nagyon hidegnek érezték a 19–22 oC közötti átlagos lég- és közepes sugárzási hőmérséklettel jellemzett teret. Jól látható, hogy a legtöbb választ a 0…+1 intervallumban kaptam. A válaszok száma a mérés előrehaladtával növekedett a +1…+2 intervallumban, azonban az utolsó egy órában úgy a padló-, mint a mennyezetfűtés esetében csökkenés tapasztalható. 111

3. Felületfűtések szakaszos üzemeltetésének energetikai, exergetikai és hőérzeti elemzése 60,00 50,00 0:00:00

Arány [%]

40,00

1:00:00

30,00

2:00:00 3:00:00

20,00

4:00:00

10,00 0,00

–3…–2

–2…–1

–1…0 0…1 Szubjektív hőérzet

1…2

2…3

3.33. ábra. A 32 alany szubjektív hőérzeti válaszainak hisztogramja (padlófűtés)

60,00 50,00 0:00:00

Arány [%]

40,00

1:00:00

30,00

2:00:00 3:00:00

20,00

4:00:00

10,00 0,00

–3…–2

–2…–1

–1…0 0…1 Szubjektív hőérzet

1…2

2…3

3.34. ábra. A 32 alany szubjektív hőérzeti válaszainak hisztogramja (mennyezetfűtés)

A 3.35. ábra mutatja be a 32 alany esetében a szubjektív hőérzet átlagos értékének változását. Látható, hogy a padlófűtés esetében a hőérzeti értékek jobbak annak ellenére, hogy mennyezetfűtés esetén nagyobb közepes sugárzási és operatív hőmérsékletek alakultak ki. Mindkét rendszer esetében a kikapcsolást hőérzeti szempontból fél órával a művelet után érzékelték az alanyok. A válaszok statisztikai értékelésének eredményeit boxplot-diagramban ábrázoltam padlófűtés esetében (3.36. ábra), illetve mennyezetfűtés esetében (3.37. ábra). 112

3.3. Padló- és mennyezetfűtés szakaszos üzemeltetésének vizsgálata változó légcsereszámok mellett 0,40 0,20


0,00 –0,20 –0,40 –0,60 padlófűtés

–0,80

04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

–1,00

mennyezetfűtés

Idő [hh:pp]

3.35. ábra. A szubjektív hőérzet átlagos értéke 3

2

0

–1

–2

04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

–3 00:00


1

Idő [hh:pp] 3.36. ábra. Az alanyok által adott válaszok boxplot-diagramban (padlófűtés)

113

3. Felületfűtések szakaszos üzemeltetésének energetikai, exergetikai és hőérzeti elemzése 3

2


1

0

–1

–2

04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

–3

Idő [hh:pp] 3.37. ábra. Az alanyok által adott válaszok boxplot-diagramban (mennyezetfűtés)

30 padlófűtés

25 Elégedetlenek aránya, [%]

mennyezetfűtés 20 15 1

Idő [hh:pp] 3.38. ábra. A hőérzettel elégedetlenek aránya

114

04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

0

00:00

5


A hőérzettel kapcsolatos elégedetlenek arányának alakulását a 3.38. ábra szemlélteti. 8 padló_növelés

7

padló_csökkentés mennyezet_növelés

Személyek száma

6

mennyezet_csökkentés

5 4 3 2 1

03:45

04:00

03:45

04:00

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

0

Idő [hh:pp] 3.39. ábra. A felületi hőmérsékletek megváltoztatásával kapcsolatos igények alakulása 7 padló_növelés

6

padló_csökkentés

4 3 2 1

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

0 00:00

Személyek száma

5

Idő [hh:pp] 3.40. ábra. Padlófelület hőmérsékletével elégedetlenek trendje

115


A 3.38. ábrát egyszerre kell szemlélni a 3.39. ábrával, amelyben az alanyok válasza látható arra kérdésre, hogy a padló vagy a mennyezet hőmérsékletét emelni vagy csökkenteni kellene. A 3.40. és 3.41. ábrában a mérés során bekövetkező igények változását regressziós egyenesek segítségével emeltem ki. 8 mennyezet_növelés

7

mennyezet_csökkentés

Személyek száma

6 5 4 3 2 1

04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

02:30

02:15

02:00

01:45

01:30

01:15

01:00

00:45

00:30

00:15

00:00

0

Idő [hh:pp]

3.41. ábra. Mennyezet hőmérsékletével elégedetlenek trendje

Padlófűtés esetén látható, hogy a hőérzettel elégedetlen alanyok nagyobb százalékban azt kérték, hogy a padló felületi hőmérséklete csökkenjen. A mérés során, az idő előrehaladtával ezt egyre többen kérték, hiszen a padló felületi hőmérséklete folyamatosan emelkedett a mérés során. Mennyezetfűtés esetében a mérések kezdetén az alanyok a mennyezet hőmérsékletének emelését kérték. A fűtési rendszer bekapcsolása után ez a kérés megszűnt, azonban a mérés utolsó egy órájában (mikor már gyakorlatilag ki volt kapcsolva a fűtési rendszer) többen a mennyezet hőmérsékletének csökkenését kérték.

3.3.5. Összefoglalás A mérési eredmények alapján megállapítható, hogy a 22–23 oC hőmérséklettel rendelkező mennyezetfűtés egy 2,5 m belmagasságú térben diszkomfortot okoz, még akkor is, ha a légsebességet a megengedett értékhatár közelére választjuk. A 32 alany válaszai alapján megállapítható, hogy padlófűtés esetén a 19–21 oC közepes 116

Irodalom

sugárzási és operatív hőmérséklet-intervallumban jobb szubjektív hőérzeti értéket érünk el, mint mennyezetfűtés esetén a két paraméter 19–22 oC értéktartományában. Ugyanakkor mindkét esetben a mérés utolsó 30 percében az alanyok közel 18%-a magasnak értékelte a fűtőfelület hőmérsékletét és ennek csökkentését igényelte. Mennyezetfűtés esetén a felületi hőmérséklet ebben az időintervallumban 27 oC-ról 25 oC-ra csökkent, padlófűtés esetén pedig 26,5 oC-ról 26 oC-ra csökkent. Az energiafogyasztás tekintetében a mennyezetfűtés bemutatott szakaszos üzemeltetésével 10,4%, a padlófűtés egyórás kikapcsolásával pedig 6,2% megtakarítást érhetünk el.

Irodalom [3.1] Az Európai Parlament és a Tanács 2002/91/Ek irányelve az épületek energiateljesítményéről, 2002. december 16. [3.2] Az Európai Parlament és a Tanács 2010/31/EU irányelve az épületek energiahatékonyságáról, 2010. május 19. [3.3] Kalmár T.: Családi házak fűtési exergiaigényének elemzése. Magyar Épületgépészet, 2009, LVIII. évf., 9, 4–8. [3.4] Babiak J.–Olesen B.–Petras D.: Alacsony hőmérsékletű fűtés és magas hőmérsékletű hűtés. REHVA Guidebook No. 7. Épületgépészeti Kiadó, 2007 [3.5] Olesen B. W.: Possibilities and limitations of radiant floor cooling. ASHRAE Trans. V. 1997, 103, Pt. 1. [3.6] Olesen, B. W.: Radiant floor heating in theory and practice. ASHRAE Journal, 2002, July [3.7] Casey, K. L. et al.: Positron Emission Tomographic Analysis of Cerebral Structures Activated Specifically by Repetitive Noxious Heat Stimuli. J Neurophysiol, 1994, 71, 802–807. [3.8] Candas V.–Dufour A.: Thermal Comfort: Multisensory Interactions? J Physiol Anthropol Appl Human Sci, 2005, 24, 33–36. [3.9] Clausen, G. et al.: A Comparative Study of Discomfort Caused by Indoor Air Pollution, Thermal Load and Noise. Indoor Air 3, 1993, 255–262. [3.10] Bánhidi, L. et al.: A dinamikus hőmérsékletváltozás szubjektív hatása. Magyar Épületgépészet, 2000, XLIX évf., 3, 5–7. [3.11] Bánhidi L.–Kajtár L.: Komfortelmélet. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000 [3.12] Kalmár T.: Sugárzó fűtések elemzése szakaszos üzemeltetés esetében. Gép, 2008, LIX. évf., 8, 49–50. [3.13] Kalmár, T.: Thermal comfort feeling during the heating up and cooling down period of surface heating systems. 14th „Building Services, Mechanical and Building Industry days”, 30–31 October 2008, Debrecen, 164–172. [3.14] SO 7730-2005: Ergonomics of the thermal environment. Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria [3.15] Kalmár F.: Központi fűtési rendszerek illesztése felújított épületek megváltozott energetikai igényéhez. Doktori értekezés. Budapest, 2004 [3.16] Simone, A.–Olesen, B. W.–Babiak, J.–Bullo, M.–Langkilde G.: Operative Temperature for Control of Radiant Surface Heating and Cooling Systems, 62 Congresso Nazionale ATI, 2007, 233–237. [3.17] Airaksinen, M.–Tuomaala, P.–Holopainen, R.: Modeling human thermal comfort. Proceedings of Clima 2007 WellBeing Indoors, 2007

117

3. Felületfűtések szakaszos üzemeltetésének energetikai, exergetikai és hőérzeti elemzése [3.18] Bánhidi, L. et al.: Impact of indoor temperature fluctuations on thermal comfort feeling. In: Proc. of Healthy Buildings. Vol. 2. Espoo, Finland, August 6–10, 2000, 557–562. [3.19] Imanaria, T.–Omoria, T.–Bogaki, K.: Thermal comfort and energy consumption of the radiant ceiling panel system: Comparison with the conventional all-air system. Energy and Buildings, 1999, Vol. 30, 2, 167–175. [3.20] Jokl, M.: The optimal (comfortable) operative temperature estimation based on the physiological response of human organism. Proceedings of Clima 2007 WellBeing Indoors, 2007 [3.21] ANSI/ASHRAE Standard 55-2004: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy [3.22] MSZ CR 1752: Ventilation for buildings. Design criteria for the indoor environment, 1998

118

4. Épületmechatronika

Egész életünket behálózzák a számítástechnika, eszközei mindenhol jelen vannak és sokat közülük intelligensnek hívunk. De intelligens ma már a tér és az épület is. Az ember lehet intelligens néha egy állat is, de valóban lehet intelligens egy épület? Napjainkban az épületmechatronika az egyik olyan fontos tudományterület, amelynek eredményeit az intelligens épületetekben lehet felhasználni. A fejezet az épületmechatronikát, annak kapcsolódást más tudományokhoz, illetve a kutatások fő irányait, indokait és néhány jellemző eredményét mutatja be. A bemutatás talán egyoldalú, de mindenképpen azokon a tényeken és eredményeken alapul, amelyeket a Debreceni Egyetem Műszaki Karának Villamosmérnöki tanszéke az utóbbi időben ezen a területen elért.

4.1. Intelligens terek – intelligens épületek A „mindenütt jelen levő számítástechnika” (ubiquitous computing) egyik legígéretesebb alkalmazási területe az intelligens terekben intelligens épületekben történő felhasználás. Az 1990-es évek elején, Tokió Egyetemen Hideki Hashimoto professzor laboratóriumában született meg az intelligens tér (iSapce) elmélete, kidolgozásra került a fogalomrendszere és az eszközrendszere is [4.1]. Első megközelítésben olyan tereket neveztek el intelligens térnek, amelyek elosztott intelligenciájú, hálózatba kapcsolt szenzorokkal, valamint a tér megváltoztatására használt eszközökkel, beavatkozókkal voltak felszerelve. Az intelligens térben elhelyezkedő emberek és gépek (jellemzően autonóm robotok) taktilis, valamint haptikus érzékelő eszközökkel rendelkeznek. Ezeknek az érzékelőknek az összessége szolgáltatja a térben lévő valamennyi ember és gép számára az adott szituációban szükséges információkat [4.2]. Az intelligens tér elmélete a számítástechnika harmadik paradigmájának alkalmazását jelenteti a robottechnika területén. Korábban az „egy robot – egy számítógép” jegyében a roboton lévő saját intelligenciát próbálták növelni. A mindenütt jelen lévő számítástechnika korában a robot érzékelői és intelligenciája elosztható a térben az ott lévő eszközök között [4.3] [4.4] [4.5]. A beavatkozó eszközök lehetnek passzívak (amelyek csak információt közölnek, pl. képernyők, kijelzők, nyilak vagy hangszóró segítségével) és aktívak (amelyek fizikailag is segítséget nyújtanak a térben tartózkodó embereknek, pl. robotok vagy egyéb szolga eszközök segítségével). 119


Nem szabad azonban elfelejteni azt a tényt, hogy a tér akár intelligens, akár nem, benne emberek és adott esetben gépek berendezési tárgyak helyezkednek el és a tér épületgépészeti kiszolgáló rendszerei teszik azt lehetővé, hogy az emberek közérzete a lehető legjobb legyen, vagy a berendezések működésének feltételei adottak legyenek [4.6]. Az intelligens tér fogalma értelmezhető és alkalmazható az épületekben is, és ezeket az épületeket több más feltétel teljesülése esetén intelligens épületeknek hívhatjuk. Az elosztott és egymással kommunikáló érzékelők sokasága a központi egységekkel nem csupán passzívan észleli a területen zajló eseményeket, hanem értelmezi, kiértékeli azokat, legyen az az esemény biztonsági vagy akár épületautomatizálási, épületmechatronikai természetű. Az épületmechatronika definíciónk szerint az épületautomatizálás, épületfelügyelet és az épületekben alkalmazott biztonságtechnika uniója és gyakorlatilag hasonló elveken működik, de más funkciókat lát el egy intelligens épületben. Ha egy épület automatikusan, azaz emberi beavatkozás nélkül, vagy csak minimálisan szükséges emberi beavatkozással képes ellátni feladatait intelligens épületnek nevezzük. Megkülönböztetünk olyan épületmechatronikai megoldásokat, amelyek ◆ központi intelligencia, ◆ elosztott intelligencia vagy ◆ összetett intelligencia használatával működtetik az épületek berendezéseit, vagy fogadják azok jelzéseit. A közös gondolat az intelligens terekben és az intelligens épületben, hogy a működtetéséhez Elosztott Intelligenciájú Hálózati Eszközökre van szükség (DIND, Distributed Intelligent Network Device). Az épületek működhetnek folyamatos emberi ráhatással, érzékelők paraméterei alapján, vagy az intelligenciát hordozó vezérlőkre írt szoftverek segítségével, távfelügyeletről, külön-külön, de akár egyszerre is. Az intelligens épületek magukban foglalják: ◆ az alkalmazott technológiát, ◆ a felhasználó kívánságait, ◆ a fejlesztői és alkalmazói szoftverkörnyezetet, ◆ a külső-belső szenzorokat, azok paramétereit, ◆ a klímavezérlést, ◆ a világítástechnikai vezérlést, ◆ energia ellátás felügyeletét, ◆ az alternatív energiaforrások kihasználását, ◆ a biztonságtechnikai rendszerek felügyeletét, azaz behatolás jelzést és védelmet, ◆ benntartózkodás és egyéni jogosultságok kezelését, ◆ a tűzjelzést és oltást, ◆ a nyílászárók vezérlését és állapotának megjelenítését mozgatását, ◆ a szórakoztató elektronikai berendezések vezérlését, ◆ a háztartási eszközök automatikus vagy kézi vezérlését, ◆ számítógép-hálózatot, 120

4.1. Intelligens terek – intelligens épületek

◆ a múltra vonatkozó adatok gyűjtését, kiértékelését, és ez alapján a folyamatok esetleges módosítását, ◆ a magas fokú rugalmasságot, ◆ a teljes körű vizualizációt, ◆ a teljes körű felügyeletet és távirányíthatóságot. Tehát gyakorlatilag minden olyan feladat, ami az üzemeltetés során adódik. Ha a felsorolást végignézzük, nem találunk egyetlen olyat sem, amely valamely módon ne kapcsolódna a nulla vagy „közel nulla” energiaigényű létesítmények üzemeltetési kérdéseihez. Intelligens épület alatt sokan kizárólag az Instabus (EIB, Konnex, vagy KNX) rendszerrel kialakított épületeket értik, holott ma már sokkal árnyaltabb a kép. Ezek a rendszer csak egy a több ezerből, amelyek segítségével megvalósítható egy intelligens épület vezérlése és használata. Legfontosabb rendszerelemek, amelyek az intelligens épületekbe épülhetnek be. Az adatkommunikáció elterjedtebb megvalósításai: ◆ Az Inter-IC (I2C vagy IIC) adatbusz. Az I2C kétvezetékes szinkron adatátviteli rendszer az integrált áramkörök összekapcsolására. ◆ 2 vagy 4 vezetékes buszrendszerek, központi intelligenciával, vagy elosztott intelligenciával. ◆ Direkt címzésű buszrendszerek. ◆ Soros kommunikáció(RS232). ◆ TCP/IP protokoll. ◆ RF, IR, Bluetooth vagy WiFi. A vezérlési megoldások: ◆ A mikrokontrollerek, amelyek egyetlen lapkára integrált, általában vezérlési feladatokra optimalizált számítógépek főként egyedi berendezésekbe építve, klímák, kazánok, szórakoztató elektronikai készülékek. ◆ Hagyományos automatizmusok (időzítők, fény és hőérzékelők, mozgás- és jelenlét-érzékelők). ◆ TCP/IP protokollt használó PC-k. ◆ Beágyazott operációs rendszereket tartalmazó mikrogépek segítségével kiépített felügyeleti megoldások. ◆ Ipari PLC-alapú vezérléssel megvalósított épületfelügyeletek is. ◆ Ipari méréstechnikában a Labview (National Instruments) platform alkalmazása. Segítségével egységesen kezelhető egy PDA, egy beágyazott PC-s rendszer vagy egy SCADA felület. A rendszerek bonyolultsága már nem teszi lehetővé, hogy tablón vagy vezérlőpulton több ezer adatpontot egyszerre megjelenítsünk. Nincs is rá szükség, hiszen a túl sok kontrollfény és visszajelzés áttekinthetetlené válna. A kijelzők és érintőfelületek árának csökkenésével előretörőben vannak az úgynevezett SCADA rendszerek. 121


A SCADA rendszerek alapja PC, monitor, érintőképernyő, vagy mindezek egysége [4.7]. A monitoron több interaktív képernyő segít eligazodni az adatpontok dzsungelében. Minden esetben csak az olyan adatokra szorítkozva, amelyek éppen az adott pillanatban értékesek a felhasználó számára. Attól, ha az épület automatikusan, azaz emberi beavatkozás nélkül, vagy csak minimálisan szükséges emberi beavatkozással képes ellátni feladatait, képes működni. Ehhez klasszikus mechatronikai elemek (érzékelők, értékelő-feldolgozók, beavatkozók) épületekre specializált változataira van szükség [4.8]. Sok esetben persze a meglévő elem például egy hőérzékelő önmagában is képes ellátni feladatát anélkül, hogy azt speciális épületfelügyeletre tervezték volna. Ugyanakkor főleg a látható elemeknek más esztétikai követelményeknek kell megfelelni egy ipari vagy egy épületben történő felhasználáskor. Fontos elv, hogy nemcsak az a lényeg, hogy mennyit mérünk, hány adatpontot szabályozunk, hanem az is, hogy mit teszünk a mérési eredményekkel. Az épületekben szükség van egy központra, hogy intelligens módon szabályozhassuk a számos rendszert és több ezer adatpontot, amelyet ezek létrehozhatnak. Az integrált megközelítést megkívánja, hogy több – esetleg már meglévő – rendszert lehessen egyesíteni egyetlen hálózaton, egyetlen szoftver segítségével. Az integráció után a rendszerekből származó adatok összegyűjtése és információvá alakítása kiszolgálja az esetleg mesterséges intelligenciával támogatott döntéshozatalt és azokat a beavatkozásokat, amelyek fokozzák az épületben tartózkodók közérzetét és kényelmét, és nem utolsó sorban energiatakarékossághoz vezet. Ma már elvárás, hogy az intelligens épület legalább rendelkezzen integrált HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning) rendszerrel, beléptető rendszerrel, a kamerás megfigyelő rendszerrel, és világításszabályzási rendszerrel, illetve hogy ezeket a rendszereket az épület az energiahatékonyság elveit betartva működtesse.

4.2. Intelligens épületek kialakításának épületmechatronikai koncepciója Mint ahogy az előzőekben volt róla szó az általános meghatározás szerint, ha egy épület automatikusan, vagy csak minimális emberi beavatkozás segítségével sikerül ellátnia saját energiaellátási, üzemeltetési, felügyeleti vagy más működtetési feladatait, akkor ezt intelligens épületnek nevezzük [4.7]. Az intelligencia az épületek esetében magában foglalja az alkalmazott technológiákat, a használt szoftvercsomagokat, az épületgépészeti automatarendszereket, az energiaellátási vezérlőrendszert, a világítási és klímavezérlő rendszereket, a biztonsági és felügyeleti rendszert, a nyílászárók vezérlését, a tűzjelző rendszert, a használt számítógép-hálózatot, a távfelügyeleti rendszereket, a használt érzékelőket és szenzorokat. Egy intelligens épületben általában alapkövetelmény az is, hogy az épület a saját éves energia szükségletét a helyben található megújuló energiaforrásokból állítsa elő. Ez ezt jelenti, hogy az épület nulla (vagy közel nulla) energiamennyiséget használ fel a hagyományos villamosenergiahálózatból vagy gázhálózatból [4.8]. 122

4.2. Intelligens épületek kialakításának épületmechatronikai koncepciója

Egy intelligens épület megtervezése és gyakorlati megépítése egy rendkívülien ös�szetett és bonyolult folyamat. Azért, hogy meglehessen tervezni egy teljes épületautomatizálási rendszert, amely mindenképpen eleget tesz az „intelligens épület” meghatározás alatt értetendő összes követelményeknek, valamint követve a nettó-zéró energiafelhasználási stratégiát, egy jól meghatározott tervezési stratégiára, valamint fejlesztési menetrendre van szükség. Enne érdekében egy speciálisan erre a célra kigondolt intelligens- épületfejlesztési stratégiát szükséges alkalmazni. A 4.1. ábrán felvázolt többszintű fejlesztési stratégia lényege gyakorlati kivitelezési követelményeken alapszik. Az nem kérdés, hogy minden egyes adott esetben – és főképpen a fejlesztés első lépéseiben – szükséges az adott épület építészeti kivitelezésének és jellegzetességeinek a pontos ismerete. Ezek az ismeretek főképpen a létező helyiségek pontos számára vonatkoznak, ezeknek a területére és elhelyezkedésükre, az emeletek számára, a melléképületekre, a pincében található helyiségek számára stb. Ugyanakkor szükséges tudni az ajtók és ablakok pontos számát az adott épületben, valamint ezeknek a pontos elhelyezkedését. Továbbá, szükséges feltérképezni a fényforrások pontos elhelyezését az épületben, a melegítő- és hűtőtestek számát és elhelyezkedését, valamit a meglévő szelőztető berendezéseket. Csak mindezen alapinformációk birtokában lehet egy pontos rálátást kapni arra vonatkozólag, hogy milyen események történhetnek az épületben, és milyen folyamatokat kell követni, valamint felügyelni [4.9]. · Szoftver szint · Nettó-zéró energiastratégiák alkalmazása

· Hardverszint · Hardver rendszerek fejlesztése és telepítése

· Szimulációs szint · Épületautómatizálási rendszerek szimulációja

· Felügyeleti szint · Épületfelügyeleti és eseménykövetési rendszer tervezése és telepítése Intelligens épület fejlesztési lépései 4.1. ábra. Intelligens épület többszintű fejlesztési és megépítési stratégiája

Az előbbiek pontos felmérése után lehet csak elvégezni a szükséges szimulációs feladatokat, annak érdekében, hogy meglegyen a tudásalap az épület automatizálási rendszer adott alrendszereinek (HVAC rendszerek, világítástechnikai rendszerek, energiaellátási rendszerek, biztonságtechnika stb.) a pontos működésére vonatkozólag. Ezek a mérések és szimulációk alapjában a következőkre vonatkoznak: a különbö123


ző fizikai mennyiségek és paraméterek változási határértékei, ezek időbeni változása, a különböző rendszerek dinamikája, a rendszerek hibatűrő képessége, a statikus és dinamikus paraméterek nyomkövetése, vagy a szükséges vezérlési stratégiák megválasztása. Egy magas szintű tanulmány az intelligens épület alrendszereinek működésére vonatkozólag valós időben történő szimuláció segítségével egy igen jó alapot képezhet a megfelelő hardverkomponensek, valamint a szenzorok és adatgyűjtő rendszerek kiválasztására. Ez ugyanakkor egy jó kiindulópont is a hardverszint megtervezésére és létrehozására is. Természetesen miután a hardverrendszerek megfelelően össze vannak kapcsolva és kipróbálva, következhet a szoftverszint megtervezése és programozása. Ez magában foglalja a különböző meghajtó és vezérlő alkalmazásokat, az adatgyűjtő és mérési rendszerek programozását, a kommunikációs csatornák kialakítását, a felhasználói interfészek kifejlesztését, a különböző vezérlőstratégiák beprogramozását, az adatok tárolását és feldolgozását, felhasználóbarát funkciók létrehozását (internetkommunikáció, távvezérlés, telefonos vezérlés stb.) vagy a nyomkövető és felügyelő rendszerek programozását. Az utolsó fejlesztési szinten természetesen szükséges az előbbi vezérlési stratégiák összehangolása, annak érdekében, hogy a nulla (vagy közel nulla) energiafelhasználási stratégiákat lehessen követni és hatékonyan megvalósítani. Általános meghatározás szerint, egy épület felügyeleti és eseménykövetési rendszer feladata az adott objektumban lévő villamos berendezések automatikus működtetése, ezek paramétereinek a nyomkövetése, valamint számítógépes megjelenítése. Egy adott épületben a berendezések működtetését lehet központosított, illetve elosztott intelligenciával megvalósítani. Ugyanakkor, a modulszerű tervezés és felépítés lehetővé teszi a rugalmas hálózati struktúrák kialakítását is. Egy felügyeleti és nyomkövetési rendszerhez általában két berendezés típus csatlakozik. Az első alapvető csoportba tartoznak a különböző szenzorok és érzékelők, amelyek a hardver-vezérlőrendszerekhez vannak csatolva-illesztve. A legtöbb esetben ezek működtetését maga az adott hardveregység vezérli, átvéve tőlük a kapott mérési információkat. A második nagy csoportba az intelligens mérőeszközök tartoznak, amelyek már rendelkeznek saját beépített vezérlőegységekkel (frekvenciaválók, fogyasztásmérők, szivattyúk stb.). Ezek már nemzetközi szabványok szerint továbbítják vagy dolgozzák fel a mérési információkat. Egy nagyobb épület esetében a kapcsolódó érzékelők, szenzorok, vagy mérőrendszerek száma több száz vagy éppen több ezer is lehet. Mivel ilyen esetben az adatforgalom igen jelentős, célszerű erre egy külön kommunikációs hálózatot létrehozni, amely majd megfelelően fog csatlakozni a magasabb szintű kommunikációs rendszerekhez, vagy éppen az épület-felügyeleti szerverhez, amelyik a hálózat legmagasabb szintjét képezi.

4.3. A helyben termelt energia és az energiahatékonyság Nemcsak hazánkban vagy az Európai Unióban, hanem a világ többi részén is megfigyelhető, hogy fokozatosan leépülőben van a fosszilis energiahordozókra (kőszén kőolaj, földgáz) épülő gazdaság. Számítások szerint a kőszén, és kőolajkészletek 124

4.3. A helyben termelt energia és az energiahatékonyság

már vészesen kimerülőfélben vannak, és még körülbelül 60–80 évig tudják biztosítani a világ energiaszükségletét. Emiatt, valamint a klímaváltozások következtében a politikai döntéshozók olyan célokat, programokat dolgoznak ki és indítanak, melyek a megújuló energiák (szélenergia, vízenergia, napenergia, biomassza, geotermikus energia) hasznosítását, az energia hatékony felhasználását, az energiával való takarékosság megvalósítását tűzik ki célul. Az elmúlt évtizedek energiahatékonysági politikáinak mozgatórugói az energiafogyasztás növekvő költsége, a fosszilis energiahordozók készleteinek kimerülése és az emberi tevékenységnek a globális éghajlatváltozásra gyakorolt hatása. A gazdasági válságból való kilábalás folyamatát lassíthatja az alacsony energiahatékonyság, amely a legkisebb költséggel és a legnagyobb társadalmi és éghajlatvédelmi haszonnal az épületek energiatakarékos, fenntartható felújítása révén javítható. Ezen energiahatékonysági beruházásoknak, programoknak a jelentősége az energiaszegénység felszámolásában jelentős. Az energiahatékonyságot növelő beruházások tehát nagyban hozzájárulnak az energiafüggés és energiaszegénység megoldásához [4.10]. A nulla vagy „közel nulla” energiaigényű létesítmények kialakításának elméleti és néhány gyakorlati módja is ismert. Ezekben a fejlesztésekben és a megvalósulásban közös, hogy a kezdeti elgondolásokat, amelyek az energiafelhasználás lehető legkisebb mértékűre történő redukálását célozták meg és jellemzően a hőszigeteléssel foglalkoztak, ma már olyan létesítmények kerülnek előtérbe, ahol az energiahatékonyság nagyon magas szintje miatt a teljes éves primerenergia-fogyasztás ugyanannyi vagy kevesebb, mint a megújuló energiaforrásokból a helyszínen termelt energia mennyisége. Az energiaköltségek növekedésének és az üvegházhatású gázok kibocsátásának egyre szigorúbb szabályai ismeretesek és az is ismert, hogy minden ebben a témában történő kutatás keresi a lehetőséget az energiafogyasztás csökkentésére, a helyszínen termelt javarészt megújuló energia mennyiségének növelésére. Ezért egyre nagyobb szerepe van a városias beépítési feltételek között működtetett létesítmények, épületek energiaigényének vizsgálatára, statisztikai elemzésére, hiszen itt koncentráltan lehet az energiafelhasználást és a helyben előállított energiát egyensúlyba hozni. Ismert tény, hogy az energiaellátás egyik sarkalatos kérdése az osztott energia előállítása és szállítása során keletkezett veszteségek – ami akár 2/3 rész is lehet – kiküszöbölése. Ez vonatkozik a hőenergiára csakúgy, mint a villamos energiára (4.2. ábra). Ha az energiát teljes mértékben sikerülne a helyszínen előállítani jelentős energiamegtakarítás érhető el. A helyben történő energia-előállításnak két fontos előnye van: ◆ A termelési és elosztási veszteségeket lehet csökkenteni (lásd 4.1. ábra), természetesen feltételezve azt, hogy a helyben termelő energia hatásfoka minimum megegyezik a nagy volumenű termelés és elosztás összesített hatásfokával. ◆ A helyben termelt energia illesztető a helyi fogyasztási igényekhez. A villamos energia hosszú távú és költséghatékony tárolása egyelőre nem megoldott. Jelenleg az akkumulátortelepek optimális megoldást biztosítanak, és ezen a téren igen komoly globális kutatások folynak. 125

4. Épületmechatronika Energiaátalakítás

Energiaelosztás

Szén

300 egység

105 egység

100 egységnyi megtakarítás a fogyasztásban

3100 egység

300 egységnyi megtakarítás a villamos erőműben

4.2. ábra. 100 egység helyben előállított energia akár 300 egység megtakarítást is jelenthet Forrás: [4.11]

Helyben történő energia előállítása mellett fontos az intelligens épületekhez kötődő mérési és szabályozási módszerek kidolgozása, amelyeknek a következő követelményeknek kell megfelelniük: ◆ Helyi termelési lehetőségek és fogyasztási igények összehangolása. Talán a legfontosabb kritérium a stabil és megbízható szolgáltatás. Zaj- és zavartűrő, valós idejű mérési módszerek képesek a termelési és fogyasztási állapotról megbízható adatokat szolgáltatni, valamint az intelligens szabályozási rendszer összehangolja a termelési, fogyasztási és tárolási lehetőségeket. ◆ Megbízhatóság és hibatűrés. A szabályozási rendszernek megbízható algoritmusokat és fizikai elemeket kell tartalmaznia. Az algoritmusoknak valós időben kell felderíteniük és kezelniük a hardver- vagy szoftveres hibákat. Szükség esetén kapcsolatba kell lépniük távoli rendszerekkel vagy operátorral, ha a hibaelhárítás helyileg nem megoldható. ◆ Adaptivitás a környezeti paraméterekhez. A mérési és szabályozási rendszernek fel kell ismernie a környezeti változásokat, és reagálni kell arra úgy, hogy a szolgáltatás biztonsága ne változzon. A legfontosabb környezeti paraméterek: az időjárási környezet, amelytől a termelési lehetőségek függenek, a fogyasztási szokások megváltozása, valamint a tárolási lehetőségek aktuális állapota. A helyben történi termelés legfontosabb alkalmazási területei: ◆ A helyi fogyasztási csúcsokhoz való alkalmazkodás, a csúcsfogyasztások kiszolgálása. A csúcsfogyasztás kiszolgálásával csökkenhet a hálózatból felvett energia mennyisége, így olcsóbb lehet a hálózati betáplálás karbantartási költsége és a hálózatból felvett energia költsége. ◆ A helyi nem szinuszos fogyasztás kompenzálása. A mai modern elektronikai eszközök nagyrészt kapcsoló üzemű energiaátalakító egységeket tartalmaz126

4.3. A helyben termelt energia és az energiahatékonyság

nak, amelyek bár energiatakarékosak, de nem szinuszos fogyasztást, és így zavart és zajt generálhatnak a hálózatban. Ezeket a nem szinuszos és energiatartalmukat tekintve alacsony zavarokat már relatív kis mennyiségű megújuló energiaforrásból származó energiával kompenzálni lehet. A cél a szinuszos (vagy egyenáramú) hálózat, illetve a többi fogyasztó (vagy termelő) egység védelme. Régen is cél volt a létesítményekben, az épületekben az energiafelhasználás és az épületgépészeti rendszerek karbantartási költségeinek minimalizálása. Azonban jelentősége az után növekedett ugrásszerűen, hogy az energiaárak növekedése, valamint az energia-előállítás környezetterhelésének felismerésén túl az elektronikai ipar olyan új eszközöket fejlesztett, amelyek valóban hatékonyan képesek kontrolálni az energiafelhasználást, és képes a helyben előállított energiát csak megnövekedett igény esetén az osztott energiahálózatból kiegészíteni. Az energiafelhasználás csökkentésének legjelentősebb elvi lehetőségei [4.11]: ◆ 15–50%-kal csökkenhet egy létesítmény épületgépészeti rendszereiben alkalmazott villamos motorok energiaigénye, ha a hagyományos szivattyú- és szellőztetőrendszerben a villamos motort nem közvetlenül táplálják és nemcsak a névleges fordulatszámon üzemeltetik, hanem a motor vezérléséhez alkalmazható frekvenciaváltót alkalmaznak. ◆ 30%-os megtakarítás érhető el a létesítmények világításra fordított energiafelhasználásából, ha a hagyományos fényforrások új, energiatakarékosra való cseréjét olyan energiatakarékossági eszközök beüzemelése követ, amelyek automatikusan fel- és lekapcsolják a világítást, és igazodnak a fényerőhöz, illetve ahhoz, hogy van-e valaki a helyiségben. Potenciális megtakarítási lehetőség még a felesleges és felkapcsolva felejtett világítás kiiktatása is. A világítás Európában az összes villamosenergia-fogyasztás 14%-át, a világon pedig 19%-át teszi ki. ◆ 10%-os megtakarítás érhető el a teljes energiafelhasználásából, ha az egyébként a helyszínen rendelkezésre álló meddő energiát is hasznosítani tudjuk. Ezt fázisjavító eszközökkel lehet megoldani, amivel növelhető a rendelkezésre álló valós energia. A felsoroltak elméleti és részben elszigetelt laborkörülmények közötti gyakorlati bizonyítása ismert, kísérletekkel szükséges bizonyítani ezeket az elveket, illetve szükséges vizsgálni, hogy a fejlesztések hatására a létrejövő költségszint valóban lehető legalacsonyabban van tartva. A kísérleti alapkutatás szükségszerűségét indokolja, hogy intelligens épületekben az automatizáláshoz már szorosan kapcsolódnak a felügyeleti, monitorozó és elemző rendszerek, de nem áll rendelkezésre olyan kísérleti mérési adathalmaz, amely alapját képezhetné bármilyen fokú intelligens épület automatizálásának kísérletekkel alátámasztott, energiahatékonysági szempontok szerinti kialakítását (természetesen a többi szempont pl. komfortérzet figyelembevételével). 127


4.4. Mérések az intelligens épületben 4.4.1. Mérés és adatgyűjtés folyamata intelligens épületekben A méréstechnika napjaink egyik legszélesebb körben alkalmazott tudománya. Az iparban, illetve a szolgáltatási szférában is napi feladatokat jelent egy-egy mérési eljárás kidolgozása és végrehajtása. Ezen feladatok jellege igen sokrétű lehet. Klasszikus értelemben a mérés a mérendő mennyiség és az azonos jellegű mértékegységet képviselő etalon összehasonlítását jelenti. Ma már a nem villamos mennyiségeket is igen széles körben mérik villamos úton, mérő átalakítók segítségével. A mérési feladatok összetettsége nehezebbé teszi a mérési eredmények kiértékelését. A mérőrendszerek és a számítógépek fejlődése egyre inkább a számítógéppel vezérelt mérési eljárások kialakulásához, fejlesztéséhez vezetett, lehetővé téve a mérési adatok korszerű feldolgozását, dokumentálását és a mérési folyamatok automatizálását. A mérőrendszernek adott feladatra való alkalmazása jórészt szoftverproblémává vált, különös tekintettel az intelligens épületek esetében felmerülő nagy mennyiségű mérési adatra. A mérőrendszer-konfiguráció tartalmazza (4.3. ábra): ◆ az érzékelőket; ◆ a jelkondicionáló és jelátalakító egységeket; ◆ mérésadatgyűjtő egységeket; ◆ számítógépet az illesztőkártyákkal; ◆ adatgyűjtő szoftvereket; ◆ kiértékelő programokat. Bemeneti és kimeneti jelek

Jelátalakítók, jelkondicionálók

Adatgyűjtő

Analóg jeladó

Digitális jeladó Számláló időzítő

Alkalmazások és meghajtó szoftverek

Szenzor Motor Relék, kapcsolók 4.3. ábra. Mérésadatgyűjtő rendszer felépítése

Az érzékelők közvetlen kapcsolatban vannak a mérendő fizikai mennyiségekkel, pl. hőmérséklet, elmozdulás, forgás, feszültség, áram stb. 128

4.4. Mérések az intelligens épületben

Az érzékelők az érzékelt jeleket általában feszültséggé alakítják át, ezek lehetnek analóg és digitális értékek. Az érzékelő kimeneti jele jelkondicionálóra kerül, amely a beérkező jelet illeszti és átalakítja (erősítés, csillapítás, szűrés, leválasztás stb.) az analóg/digitál konverter számára. A jelkondicionáló továbbcsatlakozik az adatgyűjtő kártyára. A mérőkártya a jelek további szükséges konverzióját, átmeneti tárolását, elő feldolgozását végzi el. A mérőkártya a számítógéphez csatlakozik. A számítógépen telepítve vannak a szükséges driverek, alkalmazások, szoftverek. A méréstechnikában az egyik legjobban alkalmazható szoftver a LabView. A National Instruments LabView grafikus fejlesztői környezete forradalmasította a tesztelési, mérési és vezérlő alkalmazások fejlesztését. A mérnökök és fejlesztők tapasztalattól függetlenül rövid idő alatt, költséghatékonyan hozhatnak létre illesztő felületeket a mérési és vezérlő hardverekhez, elemezhetik a mért adatokat, megoszthatják az eredményeket, és terjeszthetik a rendszereket. Ez indokolja a rendszer mind szélesebb körű épületmechatronikai alkalmazását is. A programozás grafikus ikonokkal és az ezeket összekötő vezetékekkel történik, így egy blokkábra, folyamatábra programozását teszi lehetővé. A programozással virtuális műszert hozunk létre, amellyel ugyanúgy mérhetünk, mint egy valóságos mérőműszerrel, de ezenkívül jelanalizálást és tárolást is el tudunk végezni. A nagy mennyiségű különböző adatból álló adatfolyamat értelmezésére egy négyszintű mérőrendszert célszerű alkalmazni, melynek szintjei (4.4. ábra): ◆ mérési módszer; ◆ mérési konfiguráció; ◆ adat ellenőrzés; ◆ adat megjelenítés.

Vizualizáció

OLAP kocka

Adat validáció

Relációs adatbázis (MySQL, SQL Server 2012)

Mérési konfiguráció Mérési módszer

Relációs adatbázis modell

4.4. ábra. A mérés technológiai szintjei

4.4.2. Adattárolás A nagy tömegű adatfeldolgozás eredményessége nagymértékben függ a létrehozott adatstruktúrától. Az adatstruktúra igazodik a relációsadatbázis-modellhez, mely megvalósítható például MySQL nyelven. A létrejött adatbázisból való lekérdezéseket legegyszerűbben pivot táblákban (MS Excel-kimutatás) lehet megjeleníteni. Az elkészült adatbázis többfunkciójú, feladata az adatok tárolása, az eszközök nyilvántartá129


sa és az adatok hitelesítése (4.5. ábra). Az adattároló funkció nem csupán a konkrét Adattárolás fizikai mennyiségek, hanem a mérés körülményei jellemzőinek a tárolását is jelenti, például a mérés pontos dátuma, az Központi Eszköznyilvántartás adatok forrása, az adatforrás fizikai elheadatbázis lyezkedése. Az eszközök nyilvántartása többek között lehetőséget ad – egy nyilvántartás egyéb előnyei mellett – arra, Adatintegritás megőrzésa hogy az adott eszköz működéséről kapjunk információkat. Az eszközvalidáció 4.5. ábra. A központi adatbázis funkció szemszögéből egyrészt fontos, hogy az adott eszközök helyes, korrekt adatokat mérnek-e, ezt többek között az eszköz helyes működését jelző jellemzők ellenőrzésével tudjuk mérni, valamint az is fontos tényező, hogy ne vesszenek el adatok az adatbázisból, ennek érdekében nagy tárolókapacitású, megbízható architektúrájú gépeket, pl: Sun Server X3-2 alkalmazásszerver és Oracle ODA X3-2 adatbázisszerver gépeket szükséges használni. Az adatbázisban található feldolgozatlan adattömeg értelmezése komoly hozzáértést igényel, de nem csupán épületmechatronikai szempontból, hanem informatikai megközelítésből is. Az adatok közötti összefüggések feltárására és a hatékony adatfeldolgozás érdekében az adatbázis tartalmát különböző kimeneti célok mentén csillagstruktúrába célszerű konvertálni, amely így egy OLAP-kocka, mint vizualizációs eszköz alapját képezi.

4.4.3. OLAP mint vizualizációs eszköz intelligens épületekben Az OLAP (On-line Analytical Processing) rendszerek olyan relációs vagy multidimenzionális adatbázis-rendszerek, amelyek az elemzések, jelentések elkészítését támogatják vagy más szóval olyan szoftvertechnológia, amely épület működtetői számára lehetővé teszi, hogy az intelligens épületben keletkezett adatok dimenziók szerint rendezett mértékeit gyors, konzisztens és interaktív módon vizsgálhassák. Az OLAP feladata, hogy a számítástechnikai ismeretekkel nem rendelkező felhasználók számára lehetővé tegye az információ gyors elérését, elemzését – az Excel Pivot tábláihoz hasonlóan oly módon, hogy a relációs rendszerekben az adatbázis használatához szükséges lekérdezéseket az adatbázis tervezésekor informatikai szakértőkkel együtt előre definiálják. A lekérdezés alapja az OLAP-kocka. Minden kocka egy fő adattáblára (ténytábla) és a néhány melléktáblára (dimenziótábla) épül és a dimenziótáblák elemei segítségével lehet lekérdezéseket készíteni a ténytáblában szereplő tényadatokról. A dimenziók azok a jellemzők vagy kulcsok, amelyek függvényében érhetők el a tényadatok (pl. dátum, mért adat, felhasználás), a kocka élein helyezkednek el. A dimenziók mentén lehet az adatcella tényadatait vizsgálni [4.12]. 130

4.4. Mérések az intelligens épületben

Az adatbázisban található feldolgozatlan adattömeg értelmezése komoly hozzáértést igényel, de nem csupán épületmechatronikai szempontból, hanem informatikai megközelítésből is. Az adatok közötti összefüggések feltárására és a hatékony adatfeldolgozás érdekében az adatbázis tartalmát különböző kimeneti célok mentén csillagstruktúrába konvertáljuk, mely az OLAP-kocka vizualizációs eszköz alapját képezi. DimBelsőHőmérséklet BelsőHőmérsékletKEY BelsőHőmérséklet Dátum Idő

FactAdatok AdatID DátumIdőKEY KülsőHőmérsékletKEY BelsőHőmérsékletKEY Gázfogyasztás

DimDátumIdő DátumIdőKEY Dátum Idő

DimKülsőHőmérséklet KülsőHőmérsékletKEY KülsőHőmérséklet Dátum Idő 4.6. ábra. Adatmegjelenítés csillagstruktúrában Forrás: [4.12]

A 4.6. ábrán látható csillagséma mintaként a Kutatóközpont gázfogyasztását külső és belső hőmérséklet függvényében vizsgáló OLAP-kocka struktúrája. Az OLAPkockák tervezésénél el kell dönteni, hogy mely adatok alakulását szeretnénk nyomon követni. Ez lesz a tényadatunk, és a csillagséma középpontjaként a Ténytáblában kell tárolni, a 4.6. ábrán, mint ahogy korábban erről volt szó, ez most a gázfogyasztás. Ezután azt kell végig gondolnunk, hogy milyen dimenziók mentén szeretnénk az adott tényadatot vizsgálni, a dimenziótáblák tartalmazzák ezeket az adatokat. Ebben a kockában három dimenzió mentén vizsgálódunk: Dátum, Idő, Belső hőmérséklet és Külső hőmérséklet [4.12]. Az OLAP-kocka tervezésének lépései: ◆ Az információigény felmérése a felhasználóval egyeztetve. ◆ Az egyedek és kapcsolatok leírása, vagyis a modell meghatározása. 131


◆ A tényadatok kiválasztása. ◆ A dimenziók meghatározása. ◆ A hierarchiák kiépítése az egyes dimenziókban. ◆ Nézetek vagy átmeneti táblák létrehozása a tényadatok és a dimenziótáblák megvalósítása érdekében.

4.5. Esettanulmányok Az esettanulmányok a Debreceni Egyetem Műszaki Kara Épületmechatronikai Kutatóközpontjában elvégzett kutatások alapján készültek épületmechatronika témakörben. A labor célja intelligens mérési kiértékelési és beavatkozási, valamint tervezési eljárások kidolgozása. A laborban folyó nemzetközi kutatásaival segíti a gyakorló tervezőket, üzemeltetőket és kivitelezőket, hogy a meglévő és új épületekhez energetikailag hatékonyabb épületgépészeti és épületfelügyeleti rendszereket alkalmazzanak, és az épületek kielégítsék a benne tartózkodók komfortérzetét, különleges igényeit akár a normáltól eltérő környezeti hatások esetén is. A labor kompetenciája az épületautomatizálás, épületfelügyelet és biztonságtechnika integrált részei, beleértve a szükséges érzékelők, szabályzók, beavatkozók működését is, amit mi együttesen épületmechatronikának definiálunk. Kutatóink kiterjedt elméleti és gyakorlati tapasztalattal rendelkeznek intelligens terek épületgépészeti rendszereinek automatizálásával, épületinformatikai támogatásának kidolgozásával, valamint a hagyományos épületgépészeti technológiával ellátott, illetve korszerűsített, esetleg megújuló energiát hasznosító rendszerekhez költséghatékony intelligens automatizálási feladatainak kidolgozásával kapcsolatosan.

4.5.1. A DEnzero kutatás céljára igénybe vett laborháttér A Kutatóközpont számos zöldenergia-termelő és automatizálást elősegítő eszközzel rendelkezik. Ezek az eszközök nagy mennyiségű adatot szolgáltatnak, melyek az épület különböző paramétereit jellemzik. Az adatszolgáltató eszközök különböző kommunikációs csatornákon kommunikálnak, és különböző típusú adatokat küldenek. A DEnzero kutatás céljára igénybe vett laborháttér az Épületmechatronikai Kutatólaboratóriumban: Forróvíz-tárolós hőszivattyús rendszer Hibrid többkörös, moduláris, körönként külön-külön is üzemeltethető hőszivattyús rendszer. Alkalmas levegő, víz, és egyéb hő közlő közeg (fagyálló, termoolaj, sóoldat) feltöltésére. A kialakítás lehetővé teszi két-kutas és/vagy talajszondás, medencés esetlegesen nagyméretű zárt tárolótartályok alkalmazásával megvalósított rendszerekhez történő alkalmazását is. A hőszivattyús rendszer az energetikai mérések elvégzésén túl alkalmas a hőszivattyú-méretezéssel kapcsolatos mérések elvégzésére 132

4.5. Esettanulmányok

különböző paraméterek változtatása mellett (pl. olajfelhasználás, nyomás lépcsők, hőmérsékleti lépcsők, gázminőség). Egy- egy hőszivattyú kör gáztartalma maximum 2,99 kg. A berendezések az épület meglévő rendszerébe kerültek integrálásra, így az épületben modellezni és mérni lehet 60 m2-es lakás, kisebb irodaház, valamint kisebb ipari létesítmény esetén történő alkalmazását is. Légcsatornás hőszivattyúrendszer A hőszivattyú kompresszorának paraméterei mérhetőek és paraméterezhetők. Monitorozási és paraméterezési lehetőség az épület informatikai hálózatán keresztül biztosított, akár távoli eléréssel. A beépített 100 literes hőtartály mérőpontokkal rendelkezik, és csatlakozási lehetőség is ki van építve külső tároló tartályhoz. A vízkörben biztosított a gyors csatlakoztathatóság, és átszerelhető, mert önzáró gyorscsatlakozókkal kerül ellátásra. Alkalmas különböző hőközlő közegekkel való együttműködésre (fagyálló, termoolaj, sóoldat). Egykörös üzemelési lehetőség sziget üzemmódban, valamint többkörös üzemelési lehetőség kiegészítő fűtésként – 1200 W-tal. A rendszer vezérelt leolvasztása, valamint a biztonsági reteszfeltételek figyelése (magas nyomás, alacsony nyomás, folyadékkeringés, hőmérséklet-szélsőértékek, forgásirány, fáziskimaradás, karterhőmérséklet) biztosított. Sziget üzemmódban, saját tartályával is üzemképes és önálló elektronikus vezérléssel rendelkezik, melynek HMI-interfészén keresztül lokálisan is paraméterezhető. Ethernet-hálózaton keresztül működési paraméterei és a mérési pontok értékei elérhetőek, változtathatóak. A berendezés – ésszerű korlátok mellett – lehetőséget ad a kompresszor, a gázkör, az elpárologtató- és a kondenzátorkör paramétereinek változtatására. Ezzel lehetővé válik a hőszivattyú-gázrendszer befolyásolása is. A vezérlés a működési feltételek szélső értékeiben korlátozza a paraméterezhetőséget, így a berendezés védetté válik az esetleges hibás üzemi paraméterek beállításával szemben. A rendszer mind egykörös, mind többkörös üzemmódban csatlakoztatható külső tárolókhoz, termelt hője kinyerhető. A telepítés helyén kialakított csatlakozó felületeken keresztül több konfigurációban is üzemeltethető (tartályok soros-párhuzamos üzeme, tandem-, illetve kaszkádüzem, épület HMV- és/vagy fűtési körébe történő becsatlakozás). A berendezés el van látva kiegészítő fűtéssel és fagymentesítési lehetőséggel is, így jól modellezhetőek a szélsőséges időjárási körülmények közötti üzemelés paraméterei is. A hőszivattyú alkalmas gyors átszerelésre, újabb helyre történő telepítésre, és a bekötés után azonnal bekapcsolható, használatba vehető, és tartozékként rendelkezik beépített kiegészítő fűtéssel, szabályzóval és keringető szivattyúval. Hőszivattyús forróvíz-tároló Önálló elektronikus vezérléssel rendelkezik, melynek HMI-interfészén keresztül lokálisan is paraméterezhető. Ethernet-hálózaton keresztül működési paraméterei és a mérési pontok értékei elérhetőek, változtathatóak. A berendezés – ésszerű korlátok mellett – lehetőséget ad a kompresszor, a gázkör, az elpárologtató- és a kondenzátorkör paramétereinek változtatására. Ezzel lehetővé válik a hőszivattyú gáz-rendszer befolyásolása is. A vezérlés a működési feltételek szélső értékeiben korlátozza a paraméterezhetőséget, így a berendezés védetté válik az esetleges hibás üzemi para133


méterek beállításával szemben. A telepítés helyén kialakított csatlakozó felületeken keresztül több konfigurációban is üzemeltethető (tartályok soros-párhuzamos üzeme, tandem-, illetve kaszkádüzem, épület HMV-körébe történő becsatlakozás) A tartályba közvetlenül csatlakoztatható egy szolárrendszer folyadékköre. A vezérlés képes kommunikálni a szolárrendszer vezérlésével, így támogatva mindkét rendszer hibamentes üzemét. A készülék a beépítés helyiségének levegőjét felhasználva melegíti fel a tárolóban lévő vizet, hőszivattyúból kifúvott levegő pedig a helyiség hűtését végzi. Vákuumcsöves napkollektor (1000 W) A vákuumcsöves napkollektor állványra szerelt kialakításával elérhető, hogy mozgatása, a vízrendszerbe való bekötése gyorsan és egyszerűen elvégezhető. A hőközlő közeg kifolyását önzáró gyorscsatlakozók biztosítják. A csatlakozás flexibilis csövekkel tetszőleges pozícióban oldható meg. A kialakított állványszerkezet használaton kívül a biztonságos tárolást is biztosítja. A kollektoroknál a tömegáramot és a ki- és belépő hőmérsékletet, a felület hőmérsékletét és a beeső fényteljesítményt lehet mérni. A termelt meleg víz a puffertartályba és azon keresztül az épület HMV-rendszerébe van vezetve. Sík napkollektorok A sík kollektor állványra szerelt kialakításával elérhető, hogy mozgatása, a vízrendszerbe való bekötése gyorsan és egyszerűen elvégezhető. A hőközlő közeg kifolyását önzáró gyorscsatlakozók biztosítják. A csatlakozás flexibilis csövekkel tetszőleges pozícióban oldható meg. A kialakított állványszerkezet használaton kívül a biztonságos tárolást is biztosítja. A kollektoroknál a tömegáramot és a ki- és belépő hőmérsékletet, a felület hőmérsékletét és a beeső fényteljesítményt az ajánlott rendszerrel lehet mérni. A kollektor gyorscsatlakozóval kerül ellátásra és állványzatra kerül elhelyezésre. A kollektor és a fogadó pontig flexi csövekkel került csatlakoztatásra. A megtermelt meleg víz a puffertartályba és azon keresztül az épület HMV-rendszerébe van bekötve. Puffertárolók A három db puffertároló kialakításánál fő szempont volt a lehetséges csatlakozási kombinációk legnagyobb számának a kialakítása és a külső rendszerek becsatlakozásának a lehetősége. Ennek érdekében a tárolókat a rendszerekhez és egymáshoz történő csatlakozásaiknál motoros, távvezérelhető szelepekkel és speciálisan erre kialakított elektronikus vezérléssel láttuk el. A vezérlés felügyeli a biztonságos csatlakoztatás, az átkonfigurálás és az üzemelés szélsőértékeit. Méri a hőmérsékleteket, nyomásokat, áramlási viszonyokat. A szükséges mértékig együttműködik a hőszivattyús rendszerekkel és a napkollektoros rendszerekkel. A rendszer működése és paraméterezhetősége ETH-hálózaton keresztül biztosított. A rendszer a puffertárolókkal együtt integráltan tartalmazza szükséges légtelenítési, tágulási, keringetési és biztonsági alrendszereket is. A fűtővízzel töltendő puffertárolók alkalmasak a napkollektorokból és a hőcserélőkből érkező meleg víz tárolására és szükség szerint a HMV-rendszerbe való továbbításra. 134


Napelemek (PV) kutatási célra A napelemek a Műszaki Karon meglévő forgató állványára szerelhetők fel, de dolgozhatnak önállóan is. A használaton kívüli napelem táblákat egy tároló-szállító kocsiban helyezzük el, amely egyben biztosítja a biztonságos tárolás és a könnyű szállíthatóság feltételeit. A napelemes rendszer alkalmas a hálózatba való visszatáplálásra, saját energiatároló elemeket nem tartalmaz. A bemutatás és a tárolási lehetőség modellezésére minimális akkukapacitással és töltésvezérlővel van ellátva a rendszer, melynek minden eleme mérőrendszerre van csatlakoztatva. A mérőrendszer adatai ETH-hálózaton hozzáférhetőek. Forgató állvány A tanszéken 2010-ben fejlesztett forgó és billenő mozgásra is képes napelem-, illetve napkollektor-állványzat, amely a Napot követve a mindenkori sugárzás beesési szögéhez képest a szolárelemek optimális helyzetét képes biztosítani, figyelembe véve az aktuális időjárási viszonyokat is.

4.5.2. Intelligens épület felügyeleti és eseménykövetési rendszerének megtervezése LABVIEW környezetben Egy épület felügyeleti és eseménykövetési feladatait megvalósítandó rendszerhez is rendkívül jól alkalmazható a LabView grafikus fejlesztői környezet. A rendszer úgy van megtervezve, hogy felügyeli az épületben lezajló összes eseményt, világítótest ki/bekapcsolását, valamint a szobákban elhelyezett fűtőtestek/hűtőtestek működését. A rendszer integrált rendszernek tekinthető, abból a szempontból, hogy érzékelői az intelligens tér koncepciónak megfelelően több funkciót is kiszolgálnak. Az ajtók és ablakok kinyitására és bezárására vonatkozó jelzések az épület belső riasztórendszerével vannak összehangolva, a hűtés, fűtés és világítás pedig az épületautomatikai rendszerekkel vannak összekötve. A LabView használatának egyik nagy előnye, hogy a rendszer konkrét épületre adaptálható, ehhez csak az épület alaprajzára van szükségünk. Az épületmechatronikai rendszer vezérlőjének kialakításához az adott épület alaprajzából kell kiindulni. Az alaprajzon amennyiben ez a valóságot is tükrözi, pontosan fel vannak tüntetve az épület és a helyiségek méretei, valamint az összes nyílászáró (ablakok és ajtók) elhelyezkedése. A LabView számára ez az alaprajz a fejlesztés kiinduló adata. Az alaprajz kiegészíthető a világítás, a fűtés és minden más olyan egyéb adatokkal, amelyeket a későbbiekben fel akarunk használni az épületfelügyelet működtetése során. Az alaprajz általános fájlformátumban (jpg) a LabView rendszerbe könnyen bevihető, az épület alaprajzát a LabView fejlesztői környezet tervezői felületén kell rögzíteni háttérként. A 4.7. ábra szemlélteti egy lakás alaprajzát a kiegészítő információkkal. A 4.7. ábrán a mintát egy típusház adta, a www.schwabinvest.hu honlapján megadott egyik alaprajz volt tetszőlegesen letöltve és mintaként felhasználva. Erre az alaprajzra 135


vannak elhelyezve a különböző LabView grafikus elemek, melyek általunk házi szabványként kezelt jelölések alapján vannak megjelölve és feltüntetve: ◆ az ajtók zöld színű négyszögek, ◆ az ablakok kék színű négyszögek, ◆ a világítótestek sárga körök, ◆ a fűtőtestek piros színű négyszögek.

4.7. ábra. A LabView grafikai elemek megjelenítése az épület tervrajzán

A lakásban ugyanakkor mozgásérzékelő szenzor is van elhelyezve, tehát ha nem tartózkodik bent személy (vagy éjszakai pihenés esetében), akkor bezárul a bejárati ajtó és lekapcsolódnak a villanyok. A program figyeli az összes nyílászáró állapotát 136


(kinyitva vagy becsukva), a lakás kivilágítását, valamint a fűtőtestek állapotát (kikapcsolva/bekapcsolva). A mozgásérzékelőket természetesen tetszőleges időzítésre lehet beállítani, úgyszintén a garázsajtók is egy megadott idő után automatikusan zárhatnak. A felügyelő programot tetszőlegesen össze lehet kapcsolni a lakás riasztórendszerével is. Ebben a példában a riasztórendszer csak akkor működik, ha a lakás minden ablaka be van csukva, ellenkező esetben automatikusan kikapcsolódik és jelzi ezt az állapotot. Természetesen a megrendelő igényei szerint bármilyen más logika alapján is működtethető a riasztórendszer. A programban a nyílászárók, a világítótestek és fűtőtestek állapotát 0/1 állapotú logikai kapcsolók jelzik, mint ahogyan a 4.8. ábrán látható LabView program panelje is szemlélteti.

4.8. ábra. A LabView program paneljének megtervezése

Az elkészített LabView program blokkdiagramjának egy része a 4.9. ábrán látható. A kifejlesztett program igen könnyen alkalmazható más épületeknél is, az egyedüli korlátozás csak abban rejlik, hogy a tervrajz férjen ki nagyépületek esetében is a tervező felületre, és lehetséges legyen feltüntetni a panelen az összes kapcsolót és érzékelőt. A lényeg az, hogy ez előbbiekben bemutatott tervezési stratégiát bármilyen bonyolultságú épület esetében lehetséges alkalmazni, a programcsomag pedig igen kön�nyen alakítható az épületet használók igényeihez. Éppen ezért a felügyeleti rendszer 137


4.9. ábra. A LabView program blokkdiagramjának egy része

hatékonyan használható komplex épület felügyeleti és eseménykövetési alkalmazások megvalósítására.

4.5.3. Energetikai felújítások szimulációja épületmechatronikai támogatással – Energy Plus Az Európai Unió évről évre nagyobb hangsúlyt fektet a közintézmények energiahatékonyságának javítására. Ezek elterjedésére a különböző direktívák, irányelvek, és jogi szabályozások is nagy hatással vannak. A 2012/27/EU energiahatékonysági irányelv az ajánláson túl a tagállamok számára az állami példamutatást, a középületek felújítását kötelezővé is teszi: a direktíva értelmében a tagállamoknak évente fel kell újítaniuk a központi kormányzati létesítményeik 3%-át. A vizsgált épületet az Energy Plus szoftver felhasználásával állítottuk elő. Az Energy Plus egy olyan épületenergetikai és épületfizikai szimulációs szoftver, amely segítségével az épületek szerkezete, gépészete vizsgálható, illetve egyszerűbb gazdasági számítá138


sok is végezhetőek. Figyelembe veszi az épületek földrajzi elhelyezkedését, tájolását, a különböző szerkezeti és építőanyagokat stb. Az alapmodellt egy beépített mintapélda – egy bolt modellje – szolgáltatta (Shop with simple PVT). Ezt a modellt felhasználva, és a magyar gyakorlatnak megfelelően átalakítva (például ünnepnapok, munkaszüneti napok, földrajzi elhelyezkedés stb.) rendelkezésre áll a bázis modell.

4.10. ábra. A modell épület

Ezt a modellt optimáltuk a továbbiakban a kívánt paraméterek szerint. Az optimálás valójában azt jelenti, hogy valós épületre hangolt modellből kiindulva megnézzük, hogy milyen hatása lenne a különböző felújításoknak. Eredményként optimalizált modellt vagy modelleket kapunk [4.13]. Az optimálás folyamata: 1. Meghatározzuk az optimalizálás irányát, vagyis kiválasztjuk az épület azon paramétereit, amelyeket változtatni szeretnénk az adott optimalizálási irányok mentén (pl. szigetelünk és/vagy nyílászárócserét hajtunk végre). a) Épületszerkezeti paraméterek: ◆ szigetelés vastagsága [m], ◆ nyílászáró U-értéke [W/m2K]. b) Épületgépészeti paraméterek: ◆ fűtéstechnikai paraméterek, ◆ hűtéstechnikai paraméterek, ◆ villamosenergia-felhasználás. c) Gazdasági paraméterek: ◆ egységköltség [Ft/m2], ◆ beruházási kiadás [Ft]. 2. Meghatározzuk a változtatni kívánt paraméterek értékkészletét. 3. Meghatározzuk az optimalizálás célfüggvényét, vagyis az épület azon paraméterét, amelyet minimalizálni akarunk. 4. Megkeressük az adott paraméterek és azok adott értékkészlete mentén az optimális megoldást. Jelen kutatás során a paraméterek változtatását három szinten végeztük el: a) csak szigetelés hatását vizsgáltuk, b) csak nyílászárócsere hatását vizsgáltuk, c) szigetelés és nyílászárócsere hatását együttesen vizsgáltuk. 139


A szigetelés hatásának vizsgálata esetén a változtatni kívánt paraméterek az alábbiak voltak: 1. A szigetelés vastagsága. Értékkészlete: 6 cm, 8 cm, 10 cm, 12 cm. 2. A szigetelés 1 m2-re vetített ára. Értékkészlete: 4212 Ft, 4452 Ft, 4692 Ft, 4932 Ft. 3. A szigetelés teljes épületre vetített ára, vagy másképp: a beruházási kiadás. Értékkészlete: 1 674 775 Ft, 1 770 204 Ft, 1 865 633 Ft, 1 961 061 Ft. A fent bemutatott paraméterek együtt kezelve, párhuzamosan kaptak értékeket, például a 6 cm szigetelés felhelyezéséhez 4212 Ft/m2 árat, és 1 674 775 Ft beruházási költséget társítottunk. A fent megadott összetartozó paraméterek megadásával a bázismodell alapján a jEPlus program segítségével a négy verzió előállítható. Ezt követően meghatározzuk az optimalizálás célfüggvényét, vagyis az épület azon paraméterét, amelyet minimalizálni akarunk. Jelen kutatás során az éves összes energiafogyasztást akarjuk minimalizálni. Ezt úgy tesszük meg, hogy azt figyeljük, hogy az éves energiaköltség minimális legyen. A nyílászárócsere hatásának vizsgálata során, a szigetelés esetén bemutatottak mintájára két jobb hőátbocsátási tényezővel (U1 = 1 W/m2K és U2 = 1,6 W/m2K) rendelkező ablak cseréjét is megvizsgáltuk. Ezeket a hozzájuk tartozó beruházási költséggel (U1-hez tartozó: 657 100 HUF, U2-höz tartozó: 614 100 HUF) vizsgáltuk. Ezeknél az eseteknél is az éves összes energiafogyasztás minimalizálására törekszünk. Tovább folytatva a gondolatmenetet, ezen változatok kombinációit is vizsgáljuk. Így összességében az alábbi verziók képzik a kutatás tárgyát. 4.1. táblázat. A vizsgált verziók Verziószám

Ablak U-rtéke [W/m2K]

Szigetelés (L) vastagsága [cm]

1

2,5

6

2

2,5

8

3

2,5

10

4

2,5

12

5

1,6

0

6

1

0

7

1,6

6

8

1,6

8

9

1

10

10

1

12

Beruházás jellege

Csak szigetelés

Csak ablakcsere

Szigetelés és ablakcsere

A megtérülést a nettó jelenérték számítás módszerével vizsgáltuk. A nettó jelenérték olyan módszer, amellyel egy jövőbeni pénzösszeg jelenlegi értékét határozzuk meg. Segítségével a különböző időpontokban történő pénzmozgások is jól összehasonlíthatók, lényegében a jövőbeni pénzmozgások értékét határozza meg a jelenre vonatkoztatva. 140


A kutatás elején azt a célt tűztük ki magunk elé, hogy megvizsgáljuk a napjainkban energetikai felújításként oly gyakran alkalmazott szigetelést és nyílászárócserét. A vizsgálat eredményeként az éves összes energiaigényt, az éves összes energiaköltséget és a beruházási kiadást számszerűsítjük. Ezeken túl a beruházások megtérülésével is foglalkoztunk. Az alábbi táblázatok (4.2.–4.4.) az egyes verziók beruházási kiadását, éves energiaigényét és az éves energiaköltség nagyságát foglalják össze. 4.2. táblázat. A csak szigetelési korszerűsítést feltételező verziók Szigetelés [cm]

Beruházási költség [M Ft]

Éves energiaigény [kWh]

Éves energiaköltség [M Ft]

6

1,675

51 617,670

10,448

8

1,770

50 359,480

10,406

10

1,866

49 492,010

10,376

12

1,961

48 825,220

10,353

4.3. táblázat. A csak nyílászárócserét feltételező verziók Ablak hőátbocsátási tényező [W/m2K]

Beruházási költség [Ft]



1

657 100

67 301,440

10,938

1,6

614 100

66 852,320

10,927

4.4. táblázat. A szigetelést és nyílászárócserét egyszerre feltételező verziók Szigetelés [cm]

Ablak hőátbocsátási tényező [W/m2K]

Beruházási költség [Ft]



0

2,5

0

68 019,98

11,473

6

1,6

2 902 975

51 617,46

10,448

8

1,6

2 998 404

50 359,48

10,406

10

1

3 179 833

49 131,34

10,368

12

1

3 275 261

48 492,24

10,345

A 4.5. táblázat bemutat egy beruházási kiadás-megtakarítás mátrixot. A mátrix felső háromszöge (zöld színnel jelölve) tartalmazza a beruházási költségeket, egymáshoz viszonyítva. Az alsó háromszög (narancssárga színnel jelölve) az 1 év alatt megtakarítható összegeket tartalmazza egymáshoz viszonyítva. A mátrix azon az alapelven épül fel, hogy összehasonlítja, mennyivel kerül többe egymáshoz viszonyítva két verzió. Így rögtön összehasonlítható, hogy ehhez a többletköltséghez, milyen többletbevétel (szigetelés miatt megtakarítható összeg) társítható. Ez a táblázat így egy gyors döntéselőkészítést is támogathat. Például vegyük alapul a mintaépületet. Látható, hogy a 6, illetve 8 cm szigetelés beruházási kiadása között minimális a különbség: 95 ezer forint. Azonban ha a 6 cm szigetelés helyett a 8 cm-t választjuk, az 42 ezer forinttal több megtakarítást jelent évente. 141

4. Épületmechatronika 4.5. táblázat. Beruházási kiadás-megtakarítás mátrix 0 cm

6 cm

8 cm

10 cm

12 cm

0 cm

×

1.675 M Ft

1,770 M Ft

1,866 M Ft

1,961 M Ft

6 cm

1,025 M Ft

×

0,095 M Ft

0,191 M Ft

0,286 M Ft

8 cm

1,067 M Ft

0,042 M Ft

×

0,096 M Ft

0,191 M Ft

10 cm

1,099 M Ft

0,074 M Ft

0,032 M Ft

×

0,095 M Ft

12 cm

1,12 M Ft

0,095 M Ft

0,053 M Ft

0,021 M Ft

×

A 4.11. ábra mutatja a bázisverzió és a 10 verzió éves energiaköltségét. Az ábráról leolvashatók az egyes verziók esetében az energetikai beruházás miatt keletkező energiamegtakarítások a bázisverzióhoz viszonyítva millió forint egységben és százalékban egyaránt. 14 9,63%

9,83% 10% 10,345

10,21%

10,302

10,927

10,938

10,353

8

10,340

9,88%

9,58% 9,76% 10,374

9,30% 10,406

8,93% 10,448

10

11,473

12

10,368

12%

8%

6% 4,66% 4,76%

6

4%

V_8

1,128

V_7

1,105

1,171

V_4

1,133

V_3

0,546

1,120

V_2

0,535

1,099

V_1

8,93% 0

0

1,067

2

1,025

4

V_0

V_5

V_6

V_9

V_10

2%

0%

Éves összes energiaköltség [MFt] Bázisverzióhoz viszonyított energiamegtakarítás [MFt] Bázisverzióhoz viszonyított energiamegtakarítás [%] 4.11. ábra. Az egyes verziók energiamegtakarítási lehetősége

A 4.12. ábra mutatja be a 10 verzió megtérülését. Jól látható, hogy az 5 és 6 verziók térülnek meg leghamarabb, valamikor az első és a második év között. Azonban ezen verziók okozzák hosszú távon a legkisebb megtakarítást, mind pénzben, mind energiában. Az 1–4 verziók a beruházást követő második év múlva térülnek meg, és láthatóan a legnagyobb megtakarítást okozzák a vizsgálat 10 éves időtartama alatt. A 7–10 verziók valamivel a harmadik év után térülnek meg. 142


Konklúzió: az előző részben bemutatott táblázatok és diagramok egy bolt energetikai felújításának néhány lehetséges változatát mutatták be. Természetesen egy családi ház esetében a megtérülés hosszabb időre adódna, hiszen a beruházási költségek közel hasonlóak lennének, azonban a fogyasztás és emiatt a megtakarítás is jóval alacsonyabb. 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 1

0

–0,5

2

3

4

V3

V4

V5

5

6

7

8

9

10

–1,0 –1,5 –2,0 –2,5 –3,0 –3,5 V1

V2

V6

V7

V8

V9

V10

4.12. ábra. Az egyes verziók megtérülése

A bolt esetében a mátrix alapján látható volt, hogy különböző nagyságú szigetelések között nincs nagy különbség az egyes beruházási kiadásokban, azonban a hatásuk miatt fellépő energiamegtakarítás már 1 év alatt is jelentős. A csupán nyílászárócsere megvalósítása csak rövid távon tűnik a legjövedelmezőbb megoldásnak. 143


4.5.4. OLAP-kimutatások az épületmechatronikai kutatóközpont fűtési hálózatában található hidraulikus váltóról Az Épületmechatronikai Kutatóközpont fűtése többkörös, és két Vaillant típusú kazánnal megoldott, melyeket egy Vaillant VRC 630 típusú szabályozó vezérel. A kazánból érkező fűtő víz átfolyik egy Spirovent BA050L levegőelválasztón, majd továbbhaladva eljut a Vaillant WH 40 típusú hidraulikus váltóba, ahol a váltó vagy továbbengedi, vagy visszaáramoltatja azt, a rendszer pillanatnyi hidraulikus ellenállásától függően. A gázkazán működését környezeti hőmérő, belső vízhőmérők és szabályozók segítik. A hidraulikus váltónak mind a fogyasztói (szekunder), mind a termelői (primer) oldalára hőmérséklet- (Pt500) és áramlásmérőket (Superstatic 440) építettek be, így lehetséges a primer és a szekunder oldalon átmenő víz hőmérsékletét és térfogatáramát mérni. A hőmennyiségmérő szenzorok Supercal 531 típusúak. Az említett adatok elemzésének segítségével a fűtési rendszer egyes részeinek működését vizsgálhatjuk, például a hidraulikus váltóét, amely működése alapján az egész rendszer állapotát leírhatjuk. A továbbiakban a kondenzációs gázkazánnal működő radiátoros rendszerben működő hidraulikus váltó működését leíró OLAP-kockát fogjuk bemutatni, mely segítségével felgyorsíthatjuk a szenzoroktól begyűjtött adatok feldolgozását és elemzését. Az 4.13. ábra mutatja a kutatóközpont fűtési rendszerének kazánházi részét, itt látható a felhasznált szenzorok egy része. A kocka egyszerűbb értelmezése érdekében a 4.14. ábrán bemutatjuk a hidraulikus váltó három, idealizált elméleti alapállapotait. A hidraulikus váltó a gyakorlatban a három idealizált alapállapotán kívül rendelkezik egy ún. kevert állapottal, ez az adatok elemzése között mint 4-es állapot jelenik meg. A 4.13. ábrán látható állapotokat az előremenő, visszatérő víz hőmérséklete és a két oldalon mérhető térfogatáram-értékek különböztetik meg egymástól, az ábrán látható összefüggések mentén. Az elemzésekben a 4.14. ábrának megfelelő jelöléseket használjuk. Az OLAP (On-line Analytical Processing) alapelveit leíró OLAP White Paper szerint az OLAP „...olyan szoftvertechnológia, amely analitikusok, üzletemberek, vezetők számára lehetővé teszi, hogy vállalkozásuk adatainak dimenziók szerint rendezett mértékeit gyors, konzisztens és interaktív módon vizsgálhassák” [4.14]. Másképp megfogalmazva, az OLAP-rendszerek olyan multidimenzionális adatbázis-szerkezeten alapuló szoftvermegoldások, amelyek átlátható, egyszerű elemzések, jelentések elkészítését támogatják – az Excel Pivot tábláihoz hasonlóan. Az előzőek értelmében az OLAP-rendszer feladata, hogy a mély adatbázis-ismeretekkel nem rendelkező felhasználók számára lehetővé tegye az információkgyors elérését, elemzését. A hagyományos relációsadatbázisrendszerekben az adatbázisban tárolt adatok értelmezéséhez szükséges lekérde4.13. ábra. Hidraulikus váltó 144

4.5. Esettanulmányok 1.

2.

T1

T3

Vp

Vp T4

Vp = Vs T1 = T3 T2 = T4

T3

T1

Vs

T2

3.

Vs

Vp T4

T2

T3

T1

Vp > Vs T1 = T3 T2 > T4

Vs T4

T2

Vp < Vs T1 > T3 T2 = T4

4.14. ábra. Hidraulikus váltó állapotai

zéseket előre, az adatbázis tervezésekor kell definiálni, azok létrehozásához szakértő segítség szükséges, és a lekérdezések változtatása nem lehetséges interaktív módon. Az OLAP-technológia legnagyobb előnye ezzel szemben, hogy tetszőleges, ad hoc lekérdezésekkel lehet az OLAP-adatkockákhoz fordulni, így sokkal rugalmasabban támogatja az üzleti elemzéseket, valamint ezen lekérdezések elkészítésére az adatbázishoz kevésbé értő felhasználók is könnyedén képesek a használati fázisban. Természetesen az interaktivitás ára, hogy sokkal nagyobb előkészítést igényel, mind adatkapcsolatok létrehozása, mind kimenetek közelítő meghatározása szempontjából, mint egy hagyományos relációs adatbázis. Az érdeklődő olvasóknak javasoljuk Az adattárház-készítés technológiája című könyvet [4.15] az OLAP-technológia részletesebb tanulmányozása érdekében. Az esettanulmány elkészítése során először összegyűjtöttük a rendelkezésre álló szenzoroktól a nyers, mért adatokat. Az így összegyűjtött adatokat előfeldolgozás után egy relációs adatmodellre épülő adatbázisban eltároltuk, egy MySQL szerveren. Azonban az adatok kapcsolatának átláthatóbb vizsgálata érdekében az így eltárolt adatokat OLAP-technológiával is feldolgoztuk. Az előző meghatározás értelmében szükséges volt az adatainkat multidimenzionális szerkezetbe szervezni az OLAP-kocka létrehozásának érdekében, ezt a következő módon tettük meg. Egy OLAP-kocka általánosságban egy fő adattáblára, az ún. ténytáblára és néhány melléktáblára, a dimenziótáblákra épül. A dimenziótáblák elemei mentén tudunk lekérdezéseket készíteni a ténytáblában szereplő tényadatokról. A dimenziók az OLAP-kocka élein helyezkednek el, ezek azok a jellemzők, vagy kulcsok, amelyek függvényében a tényadatok elérhetőek, rendezhetőek, pl. dátum, termék, régió. A dimenziók mentén lehet az adatcella tényadatait vizsgálni. Minden dimenzió egy-egy olyan szempontot valósít meg, amely szerint vizsgálni akarjuk az adatokat. A dimenziótáblák minden sora rendelkezik egy egyedi azonosítóval az ún. dimenzió-azonosítóval, ez a tábla elsődleges kulcsa. Nem kötelezően, de a dimenziók tartalmazhatnak hierarchiát vagy hierarchiákat. Itt megadhatjuk a tulajdonságok, jellemzők egymáshoz való alá-fölérendeltségi kapcsolatait pl. ügyfél dimenzió esetén: típus, élet145


kor, cím, vagy dátum dimenzió esetén: év, hónap, nap, óra, perc… Egy adott dimenzióban a legalsó szint minden hierarchiában ugyanazokból az elemekből áll. Amennyiben a legfelső szint minden hierarchiánál a teljes összegzettség, úgy ez is azonos és csak egy elemből áll. Dimenzió-azonosítóból pontosan annyi van, mint a legalsó, azaz elemi szint elemeiből. Minden hierarchia szintekből épül fel, az elemi szinttől akár a teljes összegzettségig, pl. dátum dimenzió esetén: év>hónap>nap>óra>perc. A ténytáblák első oszlopa általában egy tényazonosító ez az elsődleges kulcs, mely egyértelműen azonosítja az adott „tényt”, konkrét adatot. Valamint minden esetben tartalmaznak az ezen típusú táblák ún. dimenzió-azonosítókat, ezek idegen vagy külső kulcsok, kapcsolómezők a kocka dimenzióihoz. Minden ténytábla legfontosabb elemei a tényadatok, más szóval mértékek, mérőszámok, ezek maguk a megjelenítendő men�nyiségek. A tényadat minden esetben valamilyen aggregált adat, például: összeg, átlag, minimum, maximum, szórás, számosság… A felhasználó végül nem mást lát, mint a dimenziók kombinációját és a hozzájuk tartozó tényadatokat. Másképp fogalmazva, a tényadat az az objektum, amit vizsgálni akarunk. Egy OLAP-kocka tervezésének főbb lépései: 1. Először is fontos tisztázni a felhasználói elvárásokat, igényeket a bemenetek és kimenetek mentén, vagyis fel kell mérni a felhasználó információigényét. 2. Második lépésként szükséges felmérnünk a bemeneti adatok szerkezetét, leírni a köztük lévő kapcsolatokat és megtervezni a multidimenzionális adatmodellt, melyre a kockát építjük. 3. Harmadik lépésben ki kell választanunk a tényadatokat, mielőtt azonban táblába szerveznénk őket meg kell határoznunk a dimenziókat és az azokban szükséges hierarchiákat. 4. A hierarchiák szintjeinek felépítése után létre kell hozni a tény és dimenziótáblákat megvalósító adattáblákat és feltölteni őket adatokkal, ha szükséges nézettáblák és átmeneti táblák segítségével. Hidraulikus váltó működését elemző OLAP-kocka: A jelen fejezetben bemutatásra kerülő konkrét OLAP feladata a hidraulikus váltó vizsgálata az Épületmechatronikai Kutatóközpontban a fűtőrendszerben lévő hőmen�nyiségmérők mentén. A kocka szerkezete alább a 4.15. ábrán látható. Ebben a kockában azt vizsgáltuk, hogy a hidraulikus váltó a külső hőmérséklet, működő kazán esetében milyen állapotokat vesz fel. Ehhez e következő nyersadatok vizsgálatára volt szükség: primer (termelő) oldal térfogatáram, szekunder (fogyasztó) oldal térfogatáram, primer oldal előremenő hőmérséklet, szekunder oldal előremenő hőmérséklet, primer oldal visszatérő hőmérséklet, szekunder oldal visszatérő hőmérséklet, külső hőmérséklet. Ezen nyersadatokat mind a kutatóközpontban működő Andover Continuum épületfelügyeleti rendszer szolgáltatja nekünk. A nyersadatokat ezután ténytáblákba foglaltuk két dimenzió szerint. Az adatokat dátum és külső hőmérséklet mentén szeretnénk vizsgálni, ezért két dimenziótáblát készítünk, egy dátum-idő és egy külső hőmérséklet dimenziótáblát. A 4.16. ábra ezek szerkezetét, hierarchiáit mutatja be. 146


DimKülsőHőmérséklet

FactAdatokHydraulic SeparatorStatus

KülsőHőmérsékletKEY KülsőHőmérséklet DátumV IdőV

FactAdatokMásodlagos KülsőReturnTemperature

AdatID DátumIdőKEY KülsőHőmérsékletKEY Hőmérséklet

FactAdatokElsődleges VolumeFlow AdatID DátumIdőKEY KülsőHőmérsékletKEY Hőmérséklet


FactAdatokElsődlegesKülső ReturnTemperature

DimDátumIdő DátumIdőKEY DátumV IdőV


FactAdatokMásodlagos VolumeFlow

FactAdatokMásodlagos BelsőFlowTemperature



FactAdatokElsődlegesBelső FlowTemperature AdatID DátumIdőKEY KülsőHőmérsékletKEY Hőmérséklet

4.15. ábra. Az OLAP-kocka szerkezete Dátum Idő KEY

Idő V Dátum V

4.16. ábra. Dátum-idő dimenzió

Külső Hőmérséklet No KEY

Külső Hőmérséklet No

4.17. ábra. Külső hőmérséklet dimenzió

A 4.17. ábrán látható az a trend, hogy a magasabb környezeti hőmérséklet esetén a kazán alacsonyabb előremenő hőmérséklettel dolgozik, a szabályozó külső időjárás követő szabályozásra van beállítva. A kazánszabályozóban lehetőségünk van az épü147


let jelleggörbéjének beállítására, vagyis, hogy milyen külső hőmérsékletre mekkora legyen az előremenő (primer oldali) hőmérséklet. Az 4.18. ábrán a 4.19. ábrához hasonló trendet figyelhetünk meg. Az ábra segítségével ellenőrizni tudjuk, hogy a kazán szabályozóján a megfelelő jelleggörbét állítottuk-e be. A kocka tábláinak elkészülte után a kockát Visual Studio 2012 környezetben Analysis Services szolgáltatással állítjuk össze. Itt kell még a ténytáblán kívüli fontos adatokat is hozzáadnunk a kockához. Ilyen releváns adat lesz a mi esetünkben a hidraulikus váltó állapota, amely a ténytáblákban szereplő mért adatok alapján számított mező a kockában. 60


50 40 30 20 10 0

0.0

1.0

1.5

10.0

11.0 2.0 Külső hőmérséklet [°C]

3.0

4.0

5.0

6.0

Hidraulikus Váltó Állapota Primer oldal előremenő átlaghőmérséklet Szekunder oldal előremenő átlaghőmérséklet Primer oldal visszatérő átlaghőmérséklet Szekunder oldal visszatérő átlaghőmérséklet 4.18. ábra. Kazán jellemzői a külső hőmérséklet alapján (2013. 12. 22.) 60


50 40 30 20 10 0

0.0


2.5

Hidraulikus Váltó Állapota Primer oldal előremenő átlaghőmérséklet Szekunder oldal előremenő átlaghőmérséklet Primer oldal visszatérő átlaghőmérséklet Szekunder oldal visszatérő átlaghőmérséklet

4.19. ábra. Kazán jellemzői a külső hőmérséklet alapján (2013. 12. 25.)

148

54,84190972

22,56166667

46,17465278

23,26875

3,2728125

0,005347222

2211,55191

2,12

Primer oldal visszatérő átlaghőmérséklet [°C]

Szekunder oldal előremenő átlaghőmérséklet [°C]

Szekunder oldal visszatérő átlaghőmérséklet [°C]

Primer oldal áltag térfogatáram [m3/h]

Szekunder oldal átlag térfogatáram [m3/h]

Primer oldal átlag hőmennyiség [GJ]

Szekunder oldal átlag hőmennyiség [GJ]

2

Hidraulikus Váltó Állapota

Primer oldal előremenő átlaghőmérséklet [°C]

2013-12-20

Jellemző / Dátum

2,01697

2213,8

0,00298

2,1608680

22,897395

45,0203125

21,67204

54,96677

2

2013-12-21

48,5485

2216,06

0,05902

2,3066

13,133784

43,59413

20,78194

52,7552

2

2013-12-22

2,12

2194,68

0.02215

2,05180

21,734583

40,451423

20,225625

49,0375

2

2013-12-23

2,12

2219,895

0,02548

2,139444

21,443715

42.19611

20,02072

51,6463

2

2013-12-24 2

2013-12-26 2

2013-12-27 2

2013-12-28 2

2013-12-29

2,12

2198,494

0,04041

2,132083

21,37125

43,1153125

20,02045

19,9

20,01986111

20,19

21,04

20,97802083

0,03

0,03

0,03

2,697

20,89

2,12

2,12

2,12

2,12

2246,969965 2248,513993 2250,474444 2252,723389

0,03

2,059444444 2,371840278 2,622569444

21,04

40,46930556 40,75517361 45,41180556 47,29346369

19,9

51,17493056 47,82927083 46,84961806 54,26048611 55,06883333

2

2013-12-25

4.6.–4.7. táblázat. A hidraulikus váltó állapota és a kazán jellemzői (2013. 12. 20. – 12. 29.)


149


A kész kocka Microsoft Excel segítségével tekinthető meg és használható. A kocka elkészülése után már képesek vagyunk számtalan különböző lekérdezés elkészítésére csupán erős Microsoft Excel felhasználói ismeretekkel szükséges rendelkeznünk hozzá, de nem szükséges ismernünk az SQL nyelvet. A kész kockából a következő oldalon néhány példakimutatást, -táblázatot, -diagramot mutatunk meg. A 4.6. és a 4.7. táblázatban a hidraulikus váltó különböző jellemzőinek, mint a primer és szekunder oldali térfogatáram, vagy a primer és szekunder oldali hőmérsékletek állapotát látjuk adott napra átlagolva. Az ábra a kazán temperálása és a fűtés üzemelésének időszakában is ad jellemző értékeket. A fenti táblázatban a fűtési rendszer egy olyan állapotát látjuk, amikor a kazán sokkal több energiát termel (nagyobb térfogatáram) mint amennyit a fogyasztói rendszer (radiátoros fűtési kör és HMV-előállítás) fel tud venni. A primer oldali előremenő átlaghőmérsékletet a kazán időjárás-követő szabályozása adja. Jelenleg sajnos nincs lehetőségünk a kazán vezérlőbe való beavatkozásnak, ezért csak az energia veszteséggel járó működést tudjuk diagnosztizálni. A 4.8. táblázatban a kazán temperálási időszakának egy napján mért jellemzőket láthatjuk a külső hőmérséklet függvényében. Vagyis az adott napon előforduló külső hőmérséklet mentén vizsgálhatjuk a kazán legfontosabb jellemzőit. Az előző táblázatban látható adatok oszlopdiagram formában történő megjelenítése látható a 4.18. ábrán. 4.8. táblázat. A hidraulikus váltó állapota és a kazán néhány jellemzője (2013. 12. 22.) Dátum Külső hőmérséklet [°C] 2013-12-25 0.0

Primer oldal Primer oldal Hidraulikus előremenő átlag- visszatérő átlagváltó hőmérséklet hőmérséklet állapota [°C] [°C] 2

55,26524272

20,03



46,059

21,4

2.0

2

47,42

20,03

45,19

21,4

3.0

2

50,35666667

19,98666667

41,9766

21,28

4.0

2

49,416

20,004

41,286

21,328

5.0

2

48,05

20,03

42,62

21,4

6.0

2

39.92

20,03

39,83

21.4

A 4.9. táblázatban a kazán normál fűtési üzemének egy napján mért jellemzőket láthatjuk a külső hőmérséklet függvényében, vagyis az adott napon előforduló külső hőmérséklet mentén vizsgálhatjuk a kazán legfontosabb jellemzőit. Az előző táblázatban látható adatok oszlopdiagram formában történő megjelenítése látható az 4.19. ábrán. A 4.20. ábrán látható egy vegyes diagram, ami a vizsgált időszak egy napján a külső hőmérséklet mentén mutatja az előremenő és a visszatérő térfogatáram nagyságát. A bal oldali függőleges tengely beosztása és a kék vonal mutatja az előremenő, a jobb oldali függőleges tengely és a narancssárga vonal pedig a visszatérő térfogatáram értékeit. 150

4.5. Esettanulmányok 4.9. táblázat. A hidraulikus váltó állapota és a kazán néhány jellemzője (2013. 12. 25) Dátum Külső hőmérséklet [°C] 2013-12-22 .0

Primer oldal Primer oldal Hidraulikus előremenő átlag- visszatérő átlagVáltó hőmérséklet hőmérséklet Állapota [°C] [°C] 2

53,65232

21,09032



44.80912

4.01456

.1

2

55,65

20,99

45,09

0

.2

2

55,69

20,99

45,13

0

.3

2

55,7

20,99

45,16

0

.5

2

55,69

20,99

45,19

0

.6

2

54,1675

20,795

44.2675

11.05

.7

2

54,73571429

20,87857143

44.57714286

6.314285714

.8

2

54,27

20,99

45.05

0

1.0

2

53,1975

20,6975

43,9575

16.575

1.1

2

52.43

20,6

43.9

22.1

1.2

2

52.884

20,6

43.378

22.1

1.3

2

52,655

20.6

43.24

22.1

1.4

2

52,87333333

20,6

43,27333333

22.1

1.5

2

52,90454545

20,57545455

43,20090909

22,07954545

1.6

2

51,950625

20,524375

42.58875

22,035625

1.7

2

53,01866667

20,54466667

43.21933333

22,04733333

1.8

2

52,91166667

20,5525

43.14833333

22,055

1.9

2

44,93375

20,505

37.91375

22.015

2.0

2

48,47

20,42

40.42142857

21.95

2.2

2

51.82666667

20,42

42.41111111

21.95

2.3

2

51.837

20,42

42.369

21.95

2.4

2

51.77952381

20,42

42.3047619

21.95

2.5

2

51,52444444

20,42

42,17

21.95

2.6

2

50,45

20,42

41.85

21.95

A 4.20. ábrán bemutatott időszakban a vizsgálat alá vont épület zárva volt. A radiátorokat temperálási állapotba állítottuk, valamint a HMV-termelést is kikapcsoltuk. A szekunder körben jelentkező térfogatáram megegyezik az épület temperálásához szükséges energia mennyiségével. Konklúzió: Az elemzett nyersadatokból az OLAP-kocka segítségével képesek voltunk egyértelműen meghatározni, hogy a hidraulikus váltó stabilan a 2-es üzemállapotban van a kutatóközpont fűtési rendszerében. Valamint a fent látható ábrákat, grafikonokat, táblázatokat létrehozni, és azokból következtetéseket levonni. 151

3,0 2,5 2,0

0,04 2,22

1,5

0,04 2,09

0,04 2,54

1,0

2,09

2,03

0,04

0,04

0,04

0,04

2,09

2,07

0,040 0,039 0,038 0,037 0,036

0,5 0

0,041

0.0

1.5

20


Primer oldal átlag térfogatáram

5.0

6.0

Térfogatáram [m3/h]

Térfogatáram [m3/h]


0,035

Szekunder oldal átlag térfogatáram

4.20. ábra. A kazán előremenő és visszatérő térfogatárama a külső hőmérséklet mentén

4.5.5. Gravitációs áramlású, napelemmel fűtött levegős napkollektor vizsgálata Európai uniós direktívák alapján egyre terjednek a magas hőszigeteléssel rendelkező épületek hazánkban is. A hőszigetelés nagyfokú légszigeteléssel is együtt jár. A bent tartózkodók komfortérzetének a növeléséért a folyamatos légcserét hővisszanyerő módon, ventilátorokkal kell biztosítani. A ventilátoros légcserének a szabályozhatóság a legnagyobb előnye. Azonban nem szabad elfelejteni, hogy a ventilátorok üzeméhez szükséges elektromos energiát elő kell teremteni. Számítások alapján kimutatható, hogy 1 m3 levegő ventilációs teljesítménye 0,5 Wh. Ez egy 5000 órás szezonban 2,5 kWh elektromos energia, mely elsődleges energiahordozóból előállítva 6,25 kWh. Ehhez hozzászámolva az elektromos előfűtéshez használt energiát, közel kerülünk ahhoz az energiaszinthez, amit a szezonban fűtési energiával megtakaríthatunk. Ezért egyre gyakrabban használják a szakemberek a passzív, kicsi energiaszükségletű levegőkeringtetést a légcsere elsődleges forrásaként. Hazánk éghajlat viszonyai nem teszik könnyen hasznosíthatóvá a folyadék hőhordozó közegű napkollektort. A folyadék hőhordozó közegű napkollektorok által begyűjtött energiát költséges módon (hőszivattyú alkalmazásával) lehet a háztartásokban akár fűtésre, akár használati meleg víz előállítására igénybe venni. Célszerű lenne tehát a levegő hőhordozó közegű napkollektorok alkalmazása, mivel a 30–50 °C hőmérsékletű levegő, keverve a belső alacsonyabb hőmérsékletű levegővel hosszú távon az épületben lakók komfortérzetét emeli. Mivel a csatorna felülete napelemekkel borított, ezért a napsütéses időben termelt energia könnyedén fedezheti a meleg levegő átirányításának energiaköltségét a nyári melegben, amikor a külső meleg levegő beáramlását akadályozni kell. A kutatócsoport egy másik csoporttal karöltve mérési elrendezést dolgoz ki ilyen alacsony energia szükségletű gravitációs légcserét alkalmazó rendszerhez, melyben a friss levegő előfűtéséről egy speciális napkollektor gondoskodik. A napkollektor felületén elhelyezett napelem cellák a beérkező fényt közvetlenül elektromos energiává képesek alakítani. Az energia jelentős része azonban a napelem fűtésére fordítódik, melynek a hőmérséklet emelkedésével romlik a hatásfoka. Ezt a 152


hatásfokromlást lehet kiküszöbölni, ha a hátoldalán megfelelő módon (jelen esetben levegő hőhordozó közeggel) hűtjük. A rendszer komoly előnye az egyszerűség A kutatási program alatt beszerzésre, és felszerelésre kerültek a napelem táblákkal fűtött napkollektorok. Ezeket az eszközöket egy hőszigetelt helyiség falára helyeztük el, és biztosítottuk a helyiségbe lévő levegő folyamatos áramlását úgy, hogy a napelemeket 7–10 fokos szögben a faltól megdöntve kialakíthattuk a légcsatornát.

4.21. ábra. Kísérleti elrendezés

3 4

Fal

1

Napelem

hődrótos anemometer

Légcsatorna

Elsősorban arra voltunk kíváncsiak, mennyivel javul a napelemek hatásfoka, a hátoldalát hűtő levegő hatására. Az ös�szehasonlító méréseket a mellette elhelyezett, hagyományosan felszerelt napelemek biztosítják. A kísérleti elrendezést az 4.21. ábrán láthatjuk. A bal oldali napelemcellát, mint kontrollt, a szokásos módon a fal síkjára csavaroztuk. A villamos teljesítményét egy univerzális, napelemekhez való akkumulátortöltő fogyasztja mindkét napelemnek. A töltőhöz csatlakoztatott akkumulátor egy villamos fűtőberendezést működtet, hogy a helyiségben télen is biztosítani lehessen a légáramlásos kísérlethez szükséges 20–22 fokos hőmérsékletet. A napelemek által termelt energia az akkumulátortöltőből soros kommunikáción keresztül kiolvasható

2 4.22. ábra. Napelem-parapet mérés elrendezése

153


számítógépes interfésszel, melyet a kísérletbe bevont hallgatókkal közösen a tanszéki mérnökök fejlesztenek. A légcsatorna hőmérsékletét a benne 3 helyen elhelyezett lm35 típusú érzékelők mérik. Ezeket a 4.22. ábrán bemutatott módon telepítettük. A piros pontok az érzékelőket jelentik, melyek értékeit, NI MyDAC kártya segítségével digitalizálunk úgy, hogy LabView alól lehet a mérést irányítani, paraméterezni, menteni és az eredményeket egy rendszeresített központi tárhely segítségével továbbítani. A LabView program által az adathordozóra mentett fájl a következőképpen néz ki: Decimal_Separator Multi_Headings X_Columns Time_Pref Operator Date Time

, No One Absolute NXT 2013.09.03 52:49,0

Tartalmaz egy Header részt, melyben a táblázat értelmezéséhez szükséges adatok vannak, melyet azután a tényleges mérési eredmények követnek: 4.10. táblázat. Nyers mérési adatok közvetlenül az adatgyűjtés után Kint fent [°C]

Kint lent [°C]

Csatorna bent [°C]

Csatorna kint [°C]

Légtömeg

Időpont

37,972751

27,693352

26,505123

30.514439

312,465606

2013.09.03 16:52

35,468345

27,686323

25,974253

28,79235

312,465606

2013.09.03 16:56

35,29562

25,410495

26,133659

28,382519

359,888806

2013.09.03 17:06

35,19613

25,821906

26,528017

28,936883

427,801138

2013.09.03 17:11

35,335316

26,154217

27,107038

28,783757

230,412888

2013.09.03 17:16

35,458246

26,231793

26,502765

28,754168

357,003013

2013.09.03 17:21

35,28271

26,515471

26,676095

28,05203

251,094405

2013.09.03 17:26

34,062285

26,079678

25,459916

26,569958

355,271537

2013.09.03 17:31

32,810169

24,615346

25,665998

26,313597

350,269496

2013.09.03 17:36

30,836102

25,04608

24,40209

25,854302

351,904778

2013.09.03 17:41

28,380471

23,32612

22,812837

23,528013

400,578489

2013.09.03 17:46

26,096757

23,190657

22,729573

23,523786

408,65871

2013.09.03 17:51

23.99664

25,380284

22,297708

22.881606

355,656309

2013.09.03 17:56

A légsebességméréshez egy, a tanszéken fejlesztett hődrótos anemométert használunk, melyben a hőkompenzálást hídkapcsolásban lévő segédérzékelő végzi. Az áram154


lási értékeket kalibrálni kell, amit egy másik munkacsoporttól kölcsönkapott műszerrel fogunk elvégezni. A hőmérsékleti összefüggéseket a 4.23. ábra szemlélteti. 40 PV hőmérséklet 38 Csatorna hőmérséklete 36 Külső hőmérséklet 34

Meteorológiai állomás hőmérséklete

32 30 28 26 24 22 20 16:33:36

16:48:00

17:02:24

17:16:48

17:31:12

17:45:36

18:00:00

18:14:24

18:28:48

4.23. ábra. A légcsatorna hőmérsékleti viszonyai

Az elektromos hatásfokot befolyásoló hőmérsékleti viszonyokat hőkamerás felvétellel is alátámasztottuk (4.24. ábra). Az adatgyűjtő számítógéphez kapcsolt NI MyDaQ eszközöket a Labview program környezetből lehet a legegyszerűbben elérni, és begyűjteni a mérési eredményeket. Ehhez a következő grafikus nyelven készített programokat használtuk. (4.25. ábra) A mérés természetéből adódóan minden 5. percben szükséges csak a mért értékek kiolvasása. Ezek az értékek azonban arra az öt percre vonatkozó átlagértékek. Sem a légcsatorna hőmérséklete, sem a napelem hőmérsékletének változása nem indokolja a sűrűbb mérést. A korábban emlegetett kalibráló műszer egy Testo 425 típusú, hödrótos anemométer, melynek a hitelesítő adatai ismertek, így el lehet vele végezni a ka4.24. ábra. A kísérleti cellák hőkamerás felvétele librációt. A légcsatorna keresztmetszebesugárzás előtt 155


4.25. ábra. Az adatgyűjtő program blokkdiagramja

te, melyben az INA126 típusú mérőerősítővel ellátott tanszéken fejlesztett hődrótos áramlásmérőt elhelyeztök 52 cm2. Ez a felület nem a teljes légcsatorna felülete, csupán az áramlásmérőt tartó cső. A 4.26. ábra ennek az érzékelőnek a légcsatornában történő elhelyezését mutatja. A kalibrációs mérés után a következő egyszerű összefüggést kaptuk: f(x) [m3/h] = x*2008/810. Az INA126 mérőerősítő Ic érzékenysége még állítható, ha a további kísér156


letekből az derül ki, hogy az áramlásértékek bármelyik irányba kilógnak a mérési tartományból. Kalibrált, és a hőmérsékleti adatokkal összerendezett minta táblázatot mutat a 4.11. táblázat. A táblázatban szereplő értékek már óraátlagban a kiértékeléshez előkészítve kerültek listázásra az adatgyűjtő programból. A besugárzási adatokat, melyekből az elektromos energia előállítását lehet meghatározni, egy MacSolar SLM-018c-2 be4.26. ábra. Áramlásmérő elhelyezkedése a légcsatornában rendezés segítségével mértük. Ez az eszköz a külső levegő hőmérsékletét, a napelem cella hőmérsékletét, és a termelt villamos energiát is méri, továbbá kiolvasható belőle az egységnyi felületre eső sugárzási teljesítmény is. 4.11. táblázat. Mérési adatok feldolgozásra előkészítve február 21-én óraátlagok formájában

A MacSolar SLM-018c-2 berendezés adatait közvetlenül soros porton keresztül lehet kiolvasni, és a műszerhez adott programcsomag segítségével lehet további feldolgozási folyamatokat elvégezni vele. A program kimeneteként előálló táblázatban szerepelnek a korábban említett mért értékek. Ezeknek az értékeknek a kiértékelése után kaphatók a következő eredmények, melyek előzetesnek tekinthetőek, mivel a kísérletet elsősorban az őszi/téli időszakban szükséges hőtermelés és légcsere körülményekre terveztük, de az elhúzódó előkészítés miatt még ebből az időszakból értékelhető eredményeink nincsenek. Azonban a tavaszi mérések során begyűjtött adatok mindenképpen a mérés további folytatását indokolják. 157


Áramlás [m3/h]

Az elméleti megfontolások alapján az áramlás a csőben csak a külső levegő hőmérsékletétől függ, mivel a belső levegő hőmérsékletét a szobában elhelyezett fűtő alkalmatosságok (radiátor, konvektor, egyéb elektromos fűtőberendezés) állandóan tartják. Az áramlás külső hőmérsék0 5 10 15 20 25 lettől való függését mutatja a 4.27. ábra. Külső hőmérséklet [°C] A napelem elektromos adatainak a ki4.27. ábra. Légáramlás a külső hőmérséklet értékelése során kiderült, hogy egy közel függvényében 10%-os növekedés érhető el a napelem által termelt energia csúcsértékénél azokban az órákban, amikor már a napelemet elegendően magas fényintenzitás éri, de az áramlás miatt még a hőmérséklete közel azonos a külső hőmérséklettel. A következő ábrán a referenciának használt hagyományosan felszerelt napelem és a légcsatorna hűtő hatását kihasználó napelem energiatermelését mutatjuk be (4.28. ábra). 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Termelt kimeneti teljesítmény maximum [Wpp]

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0

5

10

15

20

25

30

35

PV cella hőmérséklete [°C] 4.28. ábra. A napelemek energiatermelésének összehasonlító diagramja

A 4.28. ábrán lévő kék pontsereg esetében a külső levegő átlaghömérséklete (4,25 °C) alacsonyabb volt, ami azt eredményezte, hogy a légcsatornában nagyobb volt a szállított levegő mennyisége, miáltal növekedhetett a napelem hűtése. Ezért lehetséges az, hogy ugyanolyan besugárzási körülmények között a napelem által leadott csúcsteljesítmény magasabb volt, mint a piros pontsereg esetében, amikor a külső hőmérséklet 12,31 °C. Ezt a töblet teljesítményt lehet felhasználni arra, hogy nyáron, amikor nem szökséges az épület többletfűtése a légcsatornán keresztül, egy megfelelő útváltó mechanikával a levegő áramlását a szabadba lehet továbbítani, biztosítva ezze a napelem folyamatos hűtését. Természetesen, ezt csak nehezen lehetne gravitációs úton megvalósítani. De a termelt többletenergia egy 250 Wpp teljesítményű napelem esetében már elegendő ahhoz, hogy egy kis teljesítményű, de nagy légszállítású ven158


tilátort üzemeltessen. Ezeknek a ventilátoroknak jellemzően 10 W alatt van az energiafelhasználásuk. Figyelembe véve a termelt energia közel 10%-os hozamát, a mérleg még mindig pozitív. A téli időszakban pedig a napelem hűtésére használt levegőt közvetlenül lehet a szoba fűtésére használni. Ezzel a konstrukcióval a napelemek hatásfoka növelhető, hiszen a besugárzott teljesítményt nem csak elektromos energia formájában tudjuk hasznosítani. A 4.29. ábrába a termelt energia, a szoba hőmérséklete, és a légáramlás/szobahőmérséklet korrelációját vettük fel. Ez a diagram a következő információtartalommal rendelkezik: ◆ A légáramlást a szoba belső hőmérsékletével normáltuk. A kapott görbe azt mutatja, hogy egységnyi hőmérséklet-emelkedés a szoba belső hőmérsékletében arányos légáramlás-növekedést okoz, ha a külső hőmérséklet legalább 10 °C-kal alacsonyabb, mint a szoba belső hőmérséklete (ez természetesen a tavaszi, őszi és téli időszakban könnyedén biztosítható). Megfontolás tárgyává lehetne tenni, és a nyári kísérletek alapjául szolgálhat, hogy az áramlás hogyan módosul a légcsatornában, ha a szoba hőmérséklete az alacsonyabb. ◆ A termelt energia arányos a beeső fény intenzitásával. Sajnos ez a tavaszi időszakban már magával vonja a külső hőmérséklet jelentős emelkedését is, ami a napelem energiatermelő hatásfokát rontja. Az ábrából azonban az látszik, hogy a napelem a vizsgált napon a teljes termelését akkor érte el, amikor a külső hő1,2

Önkényes egység

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0 0

5

10

T külső [°C]

15

20

25

Termelt energia T szoba Légáramlás/T szoba 4.29. ábra. A mért paraméterek közötti korreláció

159


mérséklet elérte a 20 °C hőmérsékletet. A hűtés miatt ekkor a napelem hőmérséklete alig volt magasabb ennél, hiszen a megtermelt hőenergia (ahogyan azt az ábra mutatja) arra fordítódott, hogy a szoba hőmérsékletét emelje. ◆ Mivel a mértékegységek, és a mennyiségek különbözőek, egy informatív ábrába csak úgy lehetett elhelyezni ezeket, hogyha egyre normáltuk a különböző, mért mennyiségeket. A normálással sajnos elveszik a maximális érték információja, de az nem, hogy ezt az értéket milyen külső hőmérséklet mellett, a napnak melyik szakában éri el az adott mennyiség. Látszik, hogy a napelem energiamaximuma a napfelkeltét követő órákban emelkedik, majd a napelem eléri a maximumát. Maximum energiatermelés mellett folyamatosan emeli a szoba belső hőmérsékletét. A légáramlás viszont a hűvösebb belső hőmérsékletkor a legnagyobb, majd folyamatosan csökken, ahogyan emelkedik a belső hőmérséklet. A 4.29. ábra eredményeit figyelembe véve, a következő mondható el az alkalmazott technikáról. Habár a napelem a tavaszi időszakban jelentősen tudja fűteni a légcsatornában áramló levegőt, figyelembe kell venni a lakói igényeket is. Ezek szerint a kora reggeli fűtés ezzel a ódzserrel nem megoldható, mivel a napfelkeltekor már a lakók hőmérséklet igénye magasabb, mint éjszaka. Azonban a délután (hazaérkezéskor) jelentkező hőigény elfogadható módon biztosítható. A termelt elektromosenergia-töblet elfogadható módon biztosítja a nyári kényszerszellőztetéshez szükséges többlet energiát. Érdekes kutatási téma lehet a folytatás szempontjából, hogy megfelelő módon visszahűthető-e a napelem (pusztán gravitációs áramlással) akkor, ha a nyári üzemben a légcsatorna egy részét, esetlegesen az egészét, egy erre a célra kiképzett füldbe vájt üregben (valamilyen pince helyiség) átvezetjük.

4.5.6. Hőenergia-tárolás puffertartályban, a tárolóközeg térfogat-változtatása mellett Korábbi időszakban elkészült egy puffertároló számítógépes modellje LabVIEW fejlesztői környezetben. A modell segítségével meghatározható egy tartályból kifolyó folyadék hőmérséklete. Paraméterezhető a tartály mérete, a hőszigetelés vastagsága, a tartályban lévő folyadék kezdeti hőmérséklete. A program a tárolóba beérkező folyadék hőmérsékletére, valamint annak tömegárama alapján számolja ki a hőmérsékleteket, figyelembe véve a tartály és a környezete közötti hőáramot is. A töltési sebességet a töltőszivattyú térfogatáramával tudjuk szabályozni. Hagyományos elrendezésben az energiatároló tartályok állandó térfogatú folyadékot tartalmaznak [4.16] [4.17]. Az elkészült Labview segítségével lehet szimulálni azt a vezérlési feladatot, amikor a víz térfogatának változtatásával próbáljuk szabályozni a víz hőmérsékletét egy állandó értékre. Valósidejű valóságos méréseket dolgoztunk ki Festo MPS-PA munkaállomásokra. A Festo MPS-PA munkaállomások közül kettőre van szükségünk, a Keverő állomás (4.30. ábrán balra látható) 3 különböző folyadék szabályozott (PID szabályzó) keverésére képes, esetünkben az alacsonyabb hőmérsékletű vizet szolgáltatja, a Reaktor 160


állomás (a 4.30. ábra jobb oldalán látható) pedig változtatható teljesítményű folyadékmelegítésre és a hőmérséklet regisztrálására képes [4.18] [4.19]. Az elrendezés lényege, hogy a szokásos módszerrel [4.20] [4.21] [4.21] ellentétben, ahol a tartályban lévő víz vagy más hőtároló folyadék hőmérséklete kialakul a betáplált és kivett hőenergia különbségének megfelelően, a mi esetünk a folyadék mennyiségének változtatásával próbáljuk a folyadék hőmérsékletét egy minimális szinten tartani.

4.30. ábra. A kísérlethez használt elrendezés: Festo MPS-PA Keverő és Reaktor munkaállomások

4.31. ábra. A folyamat szabályzásához használt PID szabályzó

4.32. ábra. Összeköttetés a két munkaállomás között

Működési filozófia: A 10 literes reaktortartályban levő víz hőmérsékletét szabályozzuk egy állandó értékre. A megújuló energiaforrásból származó hőenergiát a fűtőelemmel helyettesítjük. A fűtőelem teljesítménye változtatható, ezáltal tudunk különböző betáplálási állapotokat szimulálni, egy keringető szivattyúval és a hozzákapcsolt hőcserélővel pedig a 161


tartályból kivett használati hőveszteséget. A tartályban lévő víz hőmérsékletét egy szenzorral tudjuk érzékelni, egy keverő berendezés pedig az egyenletes hőmérséklet eloszlást biztosítja. A tartályból egy szivattyúval tudunk folyadékot elvenni (praktikusan visszatápláljuk a Keverőállomás adagolótartályába), ami a használati meleg vizet szimbolizálja, a Keverőállomás adagolótartályából pedig szabályozottan egy csővezetekén (4.32. ábra) keresztül tudjuk ezt pótolni. A vízpótlás sebességét a PID szabályzó (lásd 4.31. ábra) állítja be a Reaktorállomás főtartályában lévő hőmérsékletének figyelembevételével. A 4.33. ábrán látható reaktortartály 3 szintérzékelővel van ellátva. Két kapacitív érzékelő jelzi az alsó és felső üzemi szintet, a harmadik úszókapcsoló pedig a túltöltést megakadályozó vészleállító.

4.33. ábra. A reaktortartály, ami a hőátadást modellezi, ez a változtatható térfogatú puffertároló

4.34. ábra. A térfogatáram-érzékelő

Peremfeltételek: a reaktortartály vízszintje legyen mindig a minimum- és maximumszint között. Tehát ha a folyadékszint a minimumérték alatt van, akkor Keverőállomás mindenképpen szolgáltasson hidegvizet, még ha a hőmérséklet nem is éri el 162


a beállított értéket. Ha a reaktortartályban a folyadékszint elérte a felső határértéket, akkor álljon le a szállítás a Keverőállomásból, még ha már el is értük a beállított hőmérsékletet. Harmadik peremfeltétel pedig, ha a tartályban lévő folyadék elérte az engedélyezett maximális hőmérsékletet, akkor mindenképpen álljon le a fűtés és induljon el a keringető szivattyú a rendszer védelmében. Tehát a hőmérséklet szinten tartása folyadékáram-szabályzással a közbenső folyadékszintek esetén érvényesül. Felhasznált eszközök: Térfogatáram-szabályzó funkció Az adagolótartályoktól a főtartályig vezető csővezetékben szabályozni kell a térfogatáramot. A szabályozási körben az adagolószivattyú működik beavatkozó elemként. A folyadékot az adagolószivattyú szivattyúzza az adagolótartályokból a főtartályba. A térfogatáramot a lapátkerék opto-elektronikus érzékelője méri, mint tényleges érték és ezt állandó értéken kell tartani zavarok vagy alapjel változás esetén is. Tisztán az áramlás mechanikai kijelzésére szolgál a térfogatáram-érzékelő úszója. A folyadék szállítására két centrifugális szivattyút használunk. A hűtőszivattyú a forró folyadékot a tartályból egy tartályon kívüli csővezetékrendszeren keresztül továbbítja a hűtéshez. A szivattyú a követő PA állomást összekötő építőelemként működik, és a folyadékot a következő állomás tartályába pumpálja (4.35. ábra). A centrifugális szivattyút nem szabad szárazon járatni. Ezért mielőtt a tartályt vagy a csővezetéket üzembe helyeznénk, a szivattyút fel kell tölteni folyadékkal.

4.35. ábra. Hűtőkör szivattyúja / követő PA állomás szivattyúja 24V DC motorral

4.36. ábra. A fűtőelem és a hőmérséklet-érzékelő

Fűtőbetét/ hőmérséklet szenzor A fűtőbetét melegíti a folyadékot a tartályban. Az impulzusszélesség szabályozás kapcsolja a fűtőszálat időintervallumonként be és ki. A fűtőelem be- és kikapcsolt időtartama mint a szabályozási változó határozza meg a reaktor leadott hőjét, ezáltal szimulálva a megújuló energiaforrásból érkező hőmennyiséget (4.36. ábra). A hőmérsékletet egy hőmérséklet-érzékelővel lehet regisztrálni (4.36. ábra). A hőmérséklet-érzékelő ellenállás jele egy jelátalakítóra csatlakozik, ami szabványos feszültségjellé (0 … 10 V) alakítja, és így lehet a PLC analóg bemenetén keresztül beolvasni. 163


Analóg bemenet értékelése komparátorral A szenzorjel analóg feldolgozásának alternatívája, ha komparátor segítségével ös�szehasonlítjuk egy szabványos feszültség jellel (0 ... 10 V) és egy digitális jellé (0 vagy 1) változtatjuk. Az 1. szint potenciométerével adjuk meg a kívánt hőmérsékletet. A 2. szint potenciométerével a maximális értéket állítjuk be. Kapacitív közelítéskapcsoló Két kapacitív közelítéskapcsoló áll rendelkezésre a főtartály oldalán a vízszint ellenőrzésére, sínekre szerelt tartókon. A közelítéskapcsolókat mechanikusan lehet állítani a síneken. Úszókapcsoló Az úszókapcsoló figyeli a folyadék szintjének emelkedését a tartályban és túlcsordulás elleni védelemre szolgál. Ha a maximális töltési szintet túllépjük, az úszó elfordul felfelé, a Reed relé a kapcsolótokban kinyit és megszakítja a szennyszivattyú vagy előző állomás töltőszivattyú áramkörét. A szivattyúk kikapcsolódnak. Vezérlő: Festo FEC CPX Programozó szoftver: Festo FST Version 4.10 A PC és a vezérlő TTL-RS232 programozó kábellel összekötve, lásd 4.37. ábra.

4.37. ábra. Festo vezérlő

164

Irodalom 4.12. táblázat. Felhasznált berendezések műszaki adatai Szivattyú térfogatárama

0–6 l/perc

Adagolótartály térfogata

31 max.

Főtartály térfogata

101 max.

A jeladók jeltartománya

Lapátkerekes térfogatáram

Méréstartomány

mérő, elektromos

0,3–9 l/min, 40... 1200Hz 0... 10 V

A hőmérséklet-szabályzás üzemi tartománya

0°C-+60°C

A hőmérséklet szabályzás üzemi tartománya

A beavatkozó elemek jeltartománya

Fűtőelem (teljesítmény 0 – 1000 W) 230 VAC

0–10 V (vezérlő feszültség 24 V DC)

Szivattyú (0–2 4 V DC)

Be/Ki 0–10 V (vezérlő feszültség 24 V DC)

Keverő (0-24V DG) áttétellel A keverő analóg meghajtása is lehetséges

Be/Ki (vezérlő feszültség 24 V DC) 0-10V

Irodalom [4.1] Korondi, P.–Hashimoto, H.: Intelligent space, as an integrated intelligent system. In: Keynote paper of International Conference on Electrical Drives and Power Electronics, Proceedings, 2003, 24–31. [4.2] Niitsuma, M.–Ochi, T.–Yamaguchi, M.–Hashimoto, H.: Design of Interaction for Simply Operating Smart Electric Wheelchair in Intelligent Space. In: 4th International Conference on Human System Interactions, Yokohama, 2011 [4.3] Korondi, P.: Az „intelligens tér” koncepciójára épülő alkalmazási lehetőségek. 2004. [Online] Available: http://www.otk.hu/cd04/plenaris/Korondi%20P%C3%A9ter.htm. [Hozzáférés dátuma: 09 05 2014]. [4.4] Szemes, P. T.–Hashimoto, H.–Korondi, P.: Pedestrian-behavior-based mobile agent control in intelligent space. IEEE Transactions an Instrumentation and Measurement, 2005, Vol. 54, Issue 6, 2250–2257. [4.5] Szemes, P. T.–Hashimoto, H.–Korondi, P.: Mobile agent Control in intelligent space based on observed human behavior. Journal of Control Engineering and Applied Informatics, 2005, Vol. 7, 3, 15–23. [4.6] Kalmár, F.–Kalmár, T.: Alternative personalized ventilation. Energy and Buildings, 2013, Vol. 65, 4, 37–44. [4.7] Schneider Electric Industries, „A SoCollaborative software for operating and monitoring. Vijeo Citect, SCADA Global Support.” Schneider Electric Industries, SAS ART.960449, 2012 [4.8] D. Clements-Croome, Intelligent Buildings: Design, Management And Operation, London ISBN-10: 0727732668: Thomas Telford Services Ltd, illustrated edition edition (2004)

165

4. Épületmechatronika [4.9] G. Husi, G.–Szász, C.: Building Automation Technology in Electrical Engineering and Mechatronics Department in Debrecen. Ulusal Makína Teorisi Sempozyumu, 2013, Vol. 1, 671–674. [4.10] Tóth N.–Szemes P. T.: Az energiaszegénység kockázati tényezőinek vizsgálata épületmechatronikai eszközökkel. Műszaki tudomány az Észak-Kelet magyarországi régióban, 2013 [4.11] Energy University tanfolyam anyaga. [Performance.] Schneider Electric, 2013 [4.12] Csernusné, É. Á.: Measurement network of the Building Mechatronics Research Centre. In: Workshop on Cognitive and Etho-Robotics in iSpace CERiS’14, Budapest–Debrecen, 2014 [4.13] Bánóczy, E.: Development of energy audit methodology for Building Mechatronics Research Centre. In: Workshop on Cognitive and Etho-Robotics in iSpace CERIS’14, Budapest–Debrecen, 2014 [4.14] OLAP Council White Paper, http://www.olapcouncil.org/research/whtpaply.htm [4.15] Bánné Varga G.: Az adattárház-készítés technológiája. Typotex, Budapest, 2014 [4.16] Solar Storage Tanks, Solar Panels Plus website. [Online]. Available: http://www. solarpanelsplus.com/products/solar-storage-tanks/ [417] Használati-melegvíz készítő napkollektoros rendszer tárolókkal, külső hőcserélővel. [Online]. Available: http://www.solarkollektor.hu/napkollektor_kulso_hocserelo [4.18] Festo MPS-PA Mixing Station kézikönyv. Manual_Mixing_696686_de_en [4.19] Festo MPS-PA Reaktor Station kézikönyv. Manual_Reactor_696688_de_en [4.20] Kerkeni, C.–BenJemaa, F.–Kooli, S.–Farhat, A.–Belghith, A.: Solar domestic hot water: numerical and experimental study of the thermal stratification in a storage tank. Environment and Solar, 2000 Mediterranean Conference for. Vol. 195, 199, 2000, doi: 10.1109/CMPLES.2000.939897 [4.21] Wang Dengjia–Liu Yanfeng: Study on Heat Storage Tank of Solar Heating System. Digital Manufacturing and Automation (ICDMA), 2010 International Conference on. Vol. 2, 493, 497, 18–20 Dec. 2010. doi: 10.1109/ICDMA.2010.420

166

5. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata az Észak-Alföld régióban környezetbarát és energiahatékony hasznosítás céljából 5.1. Bevezetés Az Észak-Alföld régiót Jász-Nagykun-Szolnok, Hajdú-Bihar és Szabolcs-SzatmárBereg megye közigazgatási területe alkotja. Napjainkban e régió Magyarország többi régiójához hasonlóan nem bővelkedik energiahatékony vízkezelési megoldások hétköznapi alkalmazásában. Éppen ezért olyan energiatakarékos vízkezelő rendszerekre van szükség, amelyek a zavartalan ellátás szempontjából megfelelnek a különféle közösségek (lakóközösség, munkaközösség, település) elvárásainak. Ezen rendszereknek olyanoknak kell lenniük, amelyek az európai uniós (EU) direktívák és a nemzetközi szerződésekben vállalt környezeti követelményeket – a társadalom által még vállalható költségszint mellett – teljesíteni képesek. A víz stratégiailag legalább olyan fontos, mint az energia, ezért a fogyasztás csökkentése lenne indokolt ezen a területen is. A legtöbb esetben az emberi igények azonban ezt nem teszik lehetővé, így kulcsfontosságú az újrahasznosítás arányának növelése. Ezt a törekvést szorgalmazza továbbá a Magyarországon is folyamatosan emelkedő ivóvízdíjak problémaköre, valamint a klímaváltozás kapcsán megjelenő jelenségek vízellátásra gyakorolt hatásai is. Mint tudjuk, a nyersvíz- és a szennyvízkezelés egyaránt energiaigényes, ezért keressük azokat a technológiákat, amelyekkel az újrahasznosítás fajlagos energiaigénye csökkenthető. Az épületeken belül keletkező és a környezetükben összegyűjthető vizeket célszerű visszatartani és a felhasználói igényeknek megfelelően megtisztítani, majd újrahasználni. Ezen célok több uniós prioritási területhez hatékonyan kapcsolódnak, segítve így Magyarország, mint tagállam számára is az előírt energiahatékonysági teljesítések megvalósulását [5.1]. A magyarországi vízellátást biztosító készletek (felszíni és felszín alatti) az emberi tevékenység által potenciálisan szennyeződnek, valamint jelentősen befolyásolják ezen készleteket és minőségüket a klímaváltozás kapcsán bekövetkező ár- és belvíz események, illetve aszályos időszakok [5.2] [5.3]. Ezen megfontolások alapján a magyar háztartások számára a csapadék- és szürkevízhasználat számos előnnyel járhat (csökkenő víz- és csatornadíjak, környezetvédelmi céloknak való megfelelés). A csapadékvíz hasznosítás tehát az egyik alternatív lehetőség az épületek vízellátásának biztosítására. A lakott környezetben végzett csapadékvíz-elvezetési és -mentesítési tevékenységeket a szakirodalom jellemzően két nagy csoportra bontja, úgymint hagyományos megoldások, és új szemléletű megoldások. A hagyományos megoldások lényege a keletkezett csapadékvíz mielőbbi elvezetése a területről. Az újszerű megoldások legfontosabb jellemzője az, hogy a lefolyó vizeket ott kezeljék, ahol azok ke167

5. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata…

letkeznek. Ezen újszerű megoldásokat további két csoportra lehet bontani: úgymint ideiglenes és a végleges elhelyezés [5.4]. A lakossági csapadékvíz-gazdálkodás sokkal mélyebben avatkozik bele a hagyományos települési vízgazdálkodás rendszerébe, mint a korábban említett csapadékvíz-mentesítési megoldások. A csapadék gyűjtése a települési környezetben számos területre hatást gyakorol. Többek között kihat az ivóvíztermelésre és annak fogyasztására, valamint a keletkező szennyvizek mennyiségére és összetételére is. Emellett hatással van a belterületi lefolyásra is, tulajdonképpen a szűken értelmezett települési vízgazdálkodás teljes spektrumára [5.5]. A településicsapadékgazdálkodás vonatkozásában a kevésbé csapadékos területeken is el lehet különíteni közösségi jellegű csapadékvíz-gyűjtést, amikor egy település, vagy egy településrész üzemeltet ciszternákat, és vízgyűjtő medencéket; illetve lakossági csapadékvízgyűjtést, amikor a csapadékvíz-gyűjtés és -felhasználás az egyes háztartások (üzemek, intézmények) tevékenysége [5.6]. Az angol nyelvű szakirodalomban találkozhatunk a különböző értelmű „rainwater harvesting” és „stormwater reuse” kifejezésekkel is. A második kifejezés alatt a nem tetőről származó vizek települési és lakossági célú csapadékvíz hasznosítását értik [5.7] [5.8]. A csapadékvíz mennyiségi viszonyait tekintve elmondható, hogy az elmúlt években a Tisza-vízgyűjtőn is csökkent a csapadék évi mennyisége, a csapadék térben és időben nagyon változékony [5.9] [5.10]. Az összegyűjtött csapadékvíz lakossági célú felhasználását nagymértékben meghatározza annak minősége. Nagyvárosi területeken, valamint iparvidékeken a lehulló csapadék már a földet érése előtt a légkörben jelentősen szennyeződhet az ott található nitrogén- és kénvegyületek, porok, illetve egyéb szennyeződések miatt. Miután földet ér és megtörténik az elvezetése valamilyen felületről, akkor jellemzően további minőségromlás következik be, amelyhez a nem megfelelő tárolás során újabb állapotrontó tényezők járulhatnak hozzá. Szélsőséges esetekben a nem megfelelő csapadékvíz-gazdálkodás egészségügyi kockázattal is járhat [5.5]. Magyarországon a csapadékvíz minőségét jelenleg 5 állomáson méri az Országos Meteorológiai Intézet (OMI). Az OMI eredményeinek tanulmányozása során megállapítható, hogy a csapadékvíz minősége a vízminőségi szabványértékek figyelembevétele mellett megfelel az ivóvíz szabványértékeinek. Fontos azonban megjegyeznünk, hogy az OMI csapadék mintavevői csapadékra nyílnak és a csapadék után bezáródnak, tehát egyéb szennyezés nem éri a vizet. A háztetőre hulló csapadékvíz természetesen sokkal több szennyezésnek van kitéve, amíg a tárolóba jut, illetve mielőtt felhasználjuk. Vagyis, ha az ereszcsatornából összegyűjtött csapadékvíz felhasználását tervezzük, annak minőségi vizsgálata szükségszerű [5.4] [5.5] [5.11]. Mivel a csapadékvíz-hasznosítás a csapadékesemények kiszámíthatatlansága miatt korlátozott lehet, továbbá már a légkörben jelentős szennyezés érheti a csapadékvizet, az épületek vizeinek vonatkozásában az esetlegesen szennyezettebb, de rendszeresen keletkező szürkevizek meghatározó alternatív vízforrást jelenthetnek. A mosás és mosakodás révén keletkező, viszonylag enyhén szennyezett szappanos, mosószeres vizet, az angol (greywater) és német (Grauwasser) nyelvterületen elterjedt szakkifejezés nyomán szürkevíznek (GW) nevezik. Háztartási szürkevizeknek nevezzük tehát a fürdőszobából (light or low pollutant load greywater, LGW), mosásból és a konyhából 168

5.1. Bevezetés

(dark, DGW or high pollutant load greywater, HGW) származó használt vizeket, mely frakciók nem tartalmazzák a vízöblítéses WC-k vizeit [5.12] [5.13]. Az elmúlt évtizedekben, elsősorban a fejlődő országokban jelentkező vízhiány pótlására került a figyelem központjába a szürkevíz hasznosítás, mely jelen korunkban világviszonylatban is dinamikusan fejlődik [5.14] [5.15]. Ezekben az országokban arra törekedtek, hogy az összegyűjtött szennyvizet kezelés után a mezőgazdaságban öntözési célokra újrahasználják. Ez a víz hatékonyan segítheti azon háztartási tevékenységek (WC-öblítés, áztatás, ablaktisztítás, autómosás vagy öntözés stb.) vízellátását, melyek nem igényelnek ivóvízminőségű vizet. A szürkevizek újrahasznosításával jelentősen csökkenhet a háztartások ivóvízfogyasztása és a termelt és csatornára bocsátott szennyvízmennyiség (black water, BW) [5.12] [5.13] [5.16] [5.17]. Magyarországon az átlagos vízfogyasztás 100–110 l/fő/nap, és a felhasználás megoszlása alapján egy magyar háztartásban átlagosan 60–65 l/fő/nap szürkevíz keletkezik [5.2] [5.18] [5.19]. A szürkevíz újrahasznosításának kritikus pontja a vizek minőségi mutatóinak ismerete, mely alapján a biztonságos újrahasználatot segítő kezelési eljárások kidolgozhatóak. A szürkevíz minőségét számos tényező befolyásolja, többek között a keletkezés helye, a háztartásban élők száma, ezen személyek életkor szerinti megoszlása, háztartási vegyszerek használata, az újrahasználatáig eltelt tárolási idő, továbbá az adott ország gazdasági helyzete, földrajzi fekvése, éghajlata. A minőségi analízis ki kell hogy térjen az oldott és nem oldott alkotók mennyiségére, a szerves vegyületekre, a növényi tápanyagokra (N, P és K), sókra, mikroszervezetekre, figyelembe véve a keletkezési helyet és a mennyiségi viszonyokat [5.12] [5.13] [5.20] [5.21]. Napjainkban az alkalmazott detergensek túlnyomó többsége már biológiailag lebontható, és lebomlásuk a használatukat követően az első órában megkezdődik [5.22] [5.23]. A vízminősítésben számos jól használható és megbízható méréstechnikai eszköz áll rendelkezésre, melyek segítenek a különböző szennyező anyagok pontos feltérképezésében [5.24] [5.25]. A legtöbb tanulmány a szerves anyagokat, tápanyagokat és a mikrobiológiai szennyezettséget elemzi a szürkevizekben, de nem tér ki pl. az ionösszetétel vagy a mikroelem-tartalom meghatározására. Például a nehézfémek mennyiségének és típusának lehatárolása fontos tényező a megfelelő kezelési módszerek kidolgozása érdekében, hogy csökkentsük a talajt, illetve a vízi ökoszisztémákat érő környezeti terheléseket [5.26] [5.27] [5.28]. A szürkevizek minőségi mutatóik alapján újrahasznosításukat megelőzően kezelésre szorulnak, mely kezelési módszereknek és rendszereknek a világon számos válfaját próbálták már ki. Nagyon nehéz kiválasztani a legjobb módszereket, mert ezek hatékonysága mindenképpen függ a kezelendő víz minőségétől, a helyi lehetőségektől és sajátságoktól, valamint a tárolás szükségességétől. A legnépszerűbb kezelési megoldások fizikai (szűrés, ülepítés), biológiai (aerob vagy anaerob), kémiai (koaguláció, adszorpció, oxidatív kezelések) és természetközeli eljárások vagy ezek kombinációja. A szürkevizek újrahasználata során fontos tényező a keletkezett vizek tárolásának kérdésköre is. Számos tanulmány a kezelt szürkevíz tárolását preferálja, így biztosítva ivóvíz használat helyett egy megfelelő minőségű vizet pl. WC-öblítésre vagy öntözésre. Csak néhány tanulmány javasolja a kezeletlen szürkevizek használatát pl. öntözésre, de ebben az esetben is szükséges valamiféle minimális kezelés, hogy megakadályozzuk a 169


szállító csővezetékekben a lerakódásokat vagy az eltömődést [5.12] [5.13] [5.16]. A különböző szennyező anyagok jelenléte miatt a szürkevizek újrahasználatát különböző jogszabályok, rendeletek kell hogy segítsék, hogy csökkentsük az esetleges higiéniai kockázatot, illetve a környezeti káros hatásokat. Ezen vizek újrahasználtával kapcsolatosan a legfontosabb irányelveket az US-EPA fogalmazta meg [5.29], mely elsősorban esztétikai (BOI, KOI, zavarosság), higiéniai (total coliforms, FC) és technológiai (szuszpendált anyagok) tényezőkkel kapcsolatos elvárásokat fektet le [5.13] [5.16] [5.23]. A szürkevizek felhasználása az európai és a magyar jogszabályokban széleskörűen még nem szabályozott [5.30]. Az Európai Tanács 91/271/EGK irányelve kimondja, hogy „a megfelelően kezelt szennyvizet, ahol lehet újra fel kell használni”, azonban az elvárt kezelés mértéke és a használható kezelési módszerek nincsenek előirányozva. A kezelési megoldás megválasztása függ a tisztított szennyvíz felhasználási céljától, és a kezelési költségektől. Néhány EU-s országban a „The European bathing water standards” alapján használják újra a szürkevizeket [5.23] [5.30]. Jelenleg Magyarországon a tisztított szennyvíz öntözővízként történő használatára van hatályban lévő jogszabály, melyet a szürkevizek ilyen irányú felhasználásánál figyelembe kell venni [5.31], azonban a szürkevizek más irányú felhasználására vonatkozóan jogi előírás nincs. Jelen tanulmány célja a háztartásokban időszakosan gyűjthető csapadékvizek és a folyamatosan keletkező szürkevizek minőségi és mennyiségi paramétereinek vizsgálata. A csapadékvizek felhasználásával számos hazai tudományos publikáció és gyakorlati példa foglalkozik [5.4] [5.5], míg a szürkevizek esetében nem található olyan hazai tudományos publikáció, mely újrahasználatuk vonatkozásában iránymutatást adhatna. Néhány szabadalom elérhető, de ezek esetében a tudományos vizsgálati hattér nem jellemzett [5.32]. További célunk a szürkevizek tárolásának és kezelésének vizsgálata. A kezelési módszerek alkalmazása hatékonyan segítheti a biztonságos, elsősorban helyben történő szürkevíz újrahasználatot (WC-öblítés, öntözés vagy egyéb célra), segítve így a háztartásokban élőket a víz- és csatornadíjak csökkentésében. Jelen tanulmány és a hasonló publikációk remélhetőleg a szürkevizekre vonatkozóan a hazai és nemzetközi szabályozások pontosításában is iránymutatást nyújthatnak.

5.2. Anyag és módszer 5.2.1. A vizsgált terület és a háztartások bemutatása Kutatásainkat Debrecen környéki háztartások vonatkozásában végeztük, hogy átfogó képet kapjunk az Észak-Alföld régió központjában és környezetében gyűjthető csapadékvizek, illetve a háztartásokban keletkező szürkevizek minőségi és mennyiségi viszonyairól és a források közötti eltérések mértékéről. 30 különböző háztartást jelöltünk ki a vizsgálatokra, melyek között szerepeltek lakások, sorházi lakások, családi házak. Ezek alapterülete 44 és 250 m2 közötti, a háztartásokban élők száma pedig 1 és 6 fő között változott. Vizsgálatainkat 2013-as elővizsgálatok alapján 2014. januárja és áprilisa között végeztük. 170

5.2. Anyag és módszer

5.2.2. Mintavétel és mintaelőkészítés A csapadékvízmintákat a tetőről, illetve nyílt terepen elhelyezett gyűjtőedényből vételeztük. A tetőről gyűjthető csapadékvizek vizsgálatához az ereszcsatorna kifolyó nyílásánál történt a mintavétel. Ennek célja az volt, hogy megvizsgáljuk, hogy a tetőről az ereszcsatornán át érkező csapadékvizet milyen terhelés érheti. A szürkevízmintákat a fürdővizek kategóriában fürdésből, illetve zuhanyzásból, a mosóvíz kategóriában kézi és gépi mosásból, a mosogatóvíz kategóriában pedig kézi és gépi mosogatásból gyűjtöttük. Minden háztartásból kontrollként ivóvízmintákat is elemeztünk. Összesen 30 háztartásból kategóriánként 30-30 mintát vizsgáltunk, így a kétféle eredetű csapadék és a három féle eredetű szürkevíz, valamint az ivóvízmintákkal együttesen 180 mintát elemeztünk szisztematikusan. A vízmintákat savazott 1 l-es üveg, illetve 2 l-es műanyag edényzetben tároltuk és hűtve szállítottuk a laboratóriumba, ahol a vizsgálatig +4 °C-on tartottuk. A mintákat az elemanalitikai vizsgálatok kapcsán salétromsavval (65% m/m, analaR, VWR), az anionaktív detergensek (ANA) vizsgálatához kloroformmal tartósítottuk, míg egyéb vizsgálatok nem kívántak előkezelést. A vízmintákat, standard oldatokat, eluenseket 0,45 µm pórusméretű membránszűrőn szűrtük, szükség szerint hígítottuk, a mintavételt követően pedig a vizsgálatokat 24 órán belül elvégeztük.

5.2.3. Alkalmazott analitikai módszerek A vizsgált vízminták széles körű minőségi elemzésének céljából fizikai, kémiai és mikrobiológiai vizsgálati módszereket alkalmaztunk. A pH-értékeket és a fajlagos elektromos vezetőképesség értékeket Multiline P4 elektroanalitikai készlettel (WTW GmbH, Weilheim, Germany) határoztuk meg. Az oldott és nem oldott komponensek men�nyiségének meghatározására gravimetriás vizsgálatokat végeztünk [5.33] [5.34], melynek során összes szárazanyag (TS), összes oldott (TDS) és összes lebegőanyag (TSS) értékeket vizsgáltunk. A vízminták lúgosságának meghatározását titrálással [5.35] [5.36] végeztük, míg a zavarosság mérésekhez Turb 555-IR (WTW GmbH, Weilheim, Germany) típusú zavarosságmérő készüléket használtunk és az eredményeket NTU egységben adtuk meg. A zéta-potenciál-értékek meghatározására (z) Zetasizer NanoZ (Malvern Instruments Ltd, Malvern, UK) típusú készüléket használtunk, mely alkalmas különböző minták zéta-potenciáljának mérésére, illetve az elektroforetikus mozgékonyság meghatározására. A szervesanyag-tartalmat az alábbi módszerekkel mértük mg/l-ben: a biokémiai oxigénigény (BOI5) meghatározására respirometriás módszerű manometrikus OxiTop IS 12 (WTW GmbH, Weilheim, Germany) mérőedényeket használtunk, az összes szerves széntartalom mérésére pedig szűrt minták felhasználásával Shimadzu TOC-VCPN (Shimadzu Europe GmbH, Duisburg, Germany) készüléket használtunk, mely vizsgálat során valójában összes oldott szerves széntartalmat (DOC) határoztunk meg. Az anionaktív-detergensek (ANA) mérése [5.37] fotometriásan történt Nanocolor Linus készülék (WTW GmbH, Weilheim, Germany) 171


segítségével. Az ionos komponensek mérésére DIONEX ICS-3000 dual ionkromatográfiás készüléket (Thermo Fisher Scientific Inc, Olten, Switzerland) használtunk, ionelnyomással. Anionágon Dionex IonPac AS14A típusú, míg kationágon Dionex IonPac CS12 kolonnát alkalmaztunk. Az ionkromatográfiás adatok felhasználásával meghatároztuk a SAR tényezőt (sodium adsorption ratio) (5.1) [5.38].

SAR =

(

 Na +    Ca 2 +  + Mg 2 +     

)

(5.1)

ahol: [Na+], [Ca2+] és [Mg2+] koncentrációk mmol/l-ben vannak kifejezve. A vizsgált minták elemtartalmát mikrohullámú plazma atomemissziós spektro metria (MP-AES 4100, Agilent Technologies, Santa Clara, United States) segítségével határoztuk meg. A mikrobiológiai vizsgálatokat Hygene Monitor gyorstesztekkel (Transia GmbH, Ober-Mörlem, Germany) végeztük. Méréseink során kétféle gyorstesztet alkalmaztunk: az egyik segítségével a koliform baktériumok számát és a TTC összcsíraszámot, a másik teszttel pedig az E.coli kolóniákat és a koliform baktériumok számát határoztuk meg. Az egyes teszteknél az inkubációs idő 24 és 72 óra volt, eközben 18, 24, 48 és 72 óra elteltével ellenőriztük a mintákat, az inkubációs hőmérséklet mindkét vizsgálat során 37 °C volt, melyet termosztát szekrénnyel biztosítottunk. A kapott eredményeket lgCFU/ml egységben adtuk meg. Minden analitikai mérés alkalmával 1-1 mintát 3-3 párhuzamos méréssel elemeztünk, mérési eredményként ezek átlagát adtuk meg. A kapott eredmények statisztikai értékelését IBM SPSS Statistics (22.0) programcsomaggal végeztük. A vízminták elemtartalmát varianciaanalízis segítségével hasonlítottuk össze, és kanonikus diszkriminanciaanalízist (CDA) alkalmaztunk a különböző eredetű minták csoportosítására. A varianciák homogenitását Levene teszttel vizsgáltuk.

5.3. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata Vizsgálatainkat elsősorban az Észak-Alföld régió területére terjesztettük ki, ahol város és vidék viszonylatában széles körű vízminősítési vizsgálatok segítségével iránymutatást próbálunk adni a művi és természetközeli víztisztítási lehetőségek komplex alkalmazhatóságára.

5.3.1. Kutatások a csapadékvíz-gazdálkodás területén Az összegyűjtött csapadékvíz lakossági célú felhasználását nagymértékben meghatározza annak minősége és menyisége, így kutatásainkban ereszcsatornából, illetve nyílt terepről vett csapadékvízmintákat is elemeztünk, hogy jellemezzük a vizsgált 172

5.3. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata

területre vonatkozó viszonyokat, továbbá egy családi házra elvégeztük egy általános csapadékhasznosító rendszer beruházásértékelését, hogy feltérképezzük, megéri-e – és ha igen, milyen feltételek mellett – egy ilyen befektetést megvalósítani.

5.3.1.1. Az Észak-Alföld régió csapadékvizeinek mennyiségi viszonyai A vizsgált terület, az Észak-Alföld régió a Tisza vízgyűjtőjén van. A Tisza vízgyűjtőjére és az egész választott régióra fokozottan érvényes mindazon hidrológiai problémák növekedése, amelyeket (az éghajlatváltozás miatt) egész Európában észlelünk, és amelynek közismerten leginkább érintett övezetébe beleesik a Kárpát-medence. A probléma a szélsőségek növekedése mind a csapadék mennyiségében, gyakoriságában és tartósságában, mind az ebből származó lefolyásokban jelentkezik. Ugyanez vonatkozik a csapadékhiány növekedésére és az aszály katasztrófális értékeire. A hosszú távú trendvizsgálatok legújabb adatai arra utalnak, hogy az aszályosodás, a szárazulás és a csapadékmennyiség csökkenése az erősebb folyamat. Az 5.1. ábrán látható, hogy az Észak Alföldi terület a 600 mm/év átlagos csapadék zónába esik. Tudjuk azonban, hogy a közelmúlt aszályos éveiben sok helyen még a 300 mm-t sem érte el a csapadék az Alföldön [5.10].

5.1. ábra. A Tisza-vízgyűjtő csapadékviszonyai Forrás: [5.10]

173


A csapadékviszonyok hosszú távú becslését vizsgálva belátható, hogy a prognosztizált változások azóta jórészt bekövetkeztek, hiszen még a szakembereket is mind meglepik a folyton megdőlő rekordok, legmelegebb napok, leghidegebb napok, legtöbb valaha leesett hó stb. Összefoglalva elmondhatjuk, hogy az elmúlt években növekedtek a világon és így a Tisza-vízgyűjtőn is a csapadékviszonyok szélsőségei. A Tisza-vízgyűjtőn belül talán az Észak-Alföld csapadékviszonyai változtak a legszélsőségesebben a jelenlegi észlelt rekordokat döntő csapadékoktól, az elmúlt nyár szintén rekordokat döntő aszályosságáig [5.9] [5.10].

5.3.1.2. Csapadékvíz-vizsgálatok eredményei és következtetések A csapadékvíz minősítése során mért legfontosabb paramétereket az 5.1. táblázatban szemléltetjük. A vizsgálataink értékeléséhez „referenciaanyagként” ivóvizet használtunk, a mérések eredményeit a szakirodalmi adatokkal összevetve az alábbiak szerint értékeljük. Különböző eredetű csapadékvizek pH-ja és fajlagos elektromos vezetőképessége Egyik legáltalánosabb, ugyanakkor igen fontos vízvizsgálati paraméter a minta kémhatásának vizsgálata, amely jelentős mértékben befolyásolja a vízben lejátszódó kémiai és biokémiai folyamatokat. A nyílt területről vett minták pH-ja 6,77–8,06 között, míg az ereszcsatornából származó csapadékvízminták pH-ja 6,19–8,62 között változott, mely értékek nem tértek el jelentősen az ivóvízre vonatkozó értékektől. Az ivóvíz fajlagos elektromos vezetőképessége 439–631 mS/cm, a csapadékvizek vezetőképessége alacsonyabb 12–104 és 9–165 mS/cm volt. Az ereszcsatorna vizeiben magasabb értékeket mértünk a potenciális szennyezőhatások miatt, mely jó egyezést mutatott az elővizsgálatok eredményeivel és a szakirodalmi adatokkal. Különböző eredetű csapadékvizek zavarosságának vizsgálata A víz zavarosságát az oldhatatlan kolloidális és kvázi-kolloidális méretű szervetlen (anyagásványok, szilíciumoxidok, vashidroxidok, magnézium-hidroxidok) és szerves eredetű anyagok (szerves kolloidok, baktériumok, planktonok) okozhatják. A zavarosság a részecskék oldatbeli koncentrációja mellett a részecskék minőségétől és méretétől is függ. A nyílt terepről és az ereszcsatornából származó csapadékvizek zavarossága alacsony értéket mutatott (0,93–3,72 és 0,35–7,38 NTU), a kontroll ivóvíz zavarossága 0,04–3,2 NTU volt. Különböző eredetű csapadékvizek iontartalma Az ionösszetétel meghatározása során 7 anion (F–, Br–, Cl–, NO2–, NO3–, SO42–, PO43–) és 6 kation (NH4+, Li+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+) azonosítását végeztük el. A vizsgált kationok és anionok közül a legnagyobb mennyiségben jelen levő Na+ és Cl– ionok men�nyiségét ismertetjük. Az ivóvíz kloridion-tartalma 1,71–60,95 mg/l között, nátriumion-tartalma pedig 18,19–38,40 mg/l között változott. A különböző eredetű csapadékvizek klorid- és nátriumion-tartalma jóval alacsonyabbnak adódott (Cl–: nyílt terepen vett csapadékvíz 0,12–3,44 mg/l; ereszcsatornából származó csapadékvíz 174

5.3. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata 5.1. táblázat. Csapadékvízminták jellemző vízkémiai paramétereinek mérési eredményei

Mértékegység

Ivóvíz (n = 30)

Csapadékvíz (nyílt terep) (n = 30)

Csapadékvíz (ereszcsatorna) (n = 30)

Min.–Max.

Min.–Max.

Min.–Max.

pH

–

6,77–8,06

6,21–8,68

6,19–8,62

Fajlagos elektromos vezetőképesség

µS/cm

439–631

12–104

9–165

DOC

mg/l

0,86–3,33

1,53–29,86

1,20–14,43

Zavarosság

NTU

0,04–3,2

0,93–3,72

0,35–7,38

Cl

–

mg/l

1,71–60,95

0,12–3,44

0,03–6,31

Na+

mg/l

18,19–38,40

0,17–5,42

0,05–10,15

Ca2+

mg/l

48,35–100,79

0,96–13,81

0,87–21,54

mg/l

12,37–21,22

0,08–1,42

0,06–3,07

Mg

2+

0,03–6,31 mg/l). Ez teljes összhangban van azzal, hogy a csapadékvizek nagyon kevés oldott anyagot tartalmazó igen lágy víznek tekinthetőek. A minták magnéziumion- és kalciumion-tartalma szintén alacsony koncentrációértékeket jelentenek, mely mért adatok jól egyeznek a szakirodalmi tapasztalatokkal. A csapadékvizek összes oldottion-tartalma 4–20 mg/l közötti értékeknek adódott. A tendenciát tekintve a vezetőképesség átlagértékei is jó egyezést mutatnak a vizsgált vizek ionkromatográfiásan mért összes oldottion-tartalmának változásával. Különböző eredetű csapadékvizek szerves szennyezőanyag-tartalma A referenciaként vizsgált ivóvizek oldott szerves széntartalma 0,86–3,33 mg/l között változott. A nyílt terepről gyűjtött csapadékvizek DOC-tartalma 1,53–29,86 mg/l, az ereszcsatornából vett vízmintáké pedig 1,20–14,43 mg/l között mozgott. Adataink jó egyezést mutatnak a szakirodalmi adatokkal. Az ivóvíz oldott szervesanyag-tartalmához képest tehát kismértékű növekedés figyelhető meg. A légkörből és a tetőről nemkívánatos szennyező anyagok kerülhetnek a begyűjtött esővízbe. Különös figyelmet érdemelnek a szerves anyagok, mint a madárürülék és a tetőről a tárolóba kerülő moha, falevelek stb. Ezek mellett számolnunk kell pl. a fazsindelyekről lemosott illóolajok és más lebegő szilárd anyagok jelenlétére, amelyek a víznek barna vagy sárga színezetet adnak. A viszonylag alacsony DOC-koncentrációk pedig arra engedtek következtetni, hogy elsősorban a légkörből származtatható szennyezőanyag-terhelés alakulhatott ki. Csapadékvizek elemanalitikai vizsgálata Vizsgálatainkban a terepről és ereszcsatornából származó csapadékvizek, valamint kontrollként gyűjtött ivóvizek elemanalitikai vizsgálatát is elvégeztük MP-AES módszerrel. A csapadékvizek makro- és mikroelem-koncentrációjának mérése hígítatlan mintákból történt. A kálium, kalcium, magnézium és nátrium koncentrációjában a 175


varianciaanalízis nem mutatott szignifikáns eltérést a nyílt felszínről és ereszcsatornából származó minták között (p<0,05). A csapadékvizek makroelem-koncentrációját az 5.2. ábra, a mikroelemek koncentrációját pedig az 5.3. ábra mutatja be. 13

K

11

Mg

10 Koncentráció (mg/l)

Ca

12

Na

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 nyílt felszín

ereszcsatorna

5.2. ábra. A nyílt terepről és ereszcsatornából gyűjtött csapadékvizek makroelem-koncentrációja (átlag±SD) 0,08

Al Ba

0,07

Cd Cu

Koncentráció (mg/l)

0,06

Fe

0,05

Li

0,04

Pb

Mn Sr Zn

0,03 0,02 0,01 0,00 nyílt felszín

ereszcsatorna

5.3. ábra. A nyílt felszínről és ereszcsatornából gyűjtött csapadékvizek mikroelem-koncentrációja (átlag±SD)

176


A mangán, a stroncium és a cink mennyisége az ereszcsatornából származó mintákban szignifikánsan magasabb volt, mint a nyílt terepről származó mintákban (p<0,05). A nevezett elemek nagyobb koncentrációja az ereszcsatornák anyagából származhat, hiszen a stronciumot könnyűfém ötvözetek nemesítésére alkalmazzák, valamint a mangánnak és a cinknek is számos iparilag fontos ötvözete ismert.

5.3.1.3. Csapadékvizek hasznosítása egy háztartásban és beruházásértékelés egy csapadékvíz hasznosító rendszerhez Kutatásainkhoz kapcsolódóan egy 100 m2 hasznosítható tetőfelületű családi házra elvégeztük egy általános csapadékhasznosító rendszer beruházásértékelését, arra keresve a választ, hogy anyagi szempontból megéri-e egy ilyen befektetést megvalósítani, és ha igen, milyen feltételek mellett. A rendszer kiépítése során az eszközök bekerülési költsége és a beruházáshoz kapcsolódó tőkésíthető kiadások adják a beruházás kezdő pénzáramát, mely a tételes összesítést követően bruttó 134 000 Ft-nak adódott (5.2. táblázat). Emellett a beruházáshoz működési pénzáram is tartozik, amelyek az üzembe helyezést követően jelentkező pénzbevételek és a rendszer üzemeltetéséhez kapcsolódó folyamatosan felmerülő pénzkiadások különbsége. Az üzemeltetési, karbantartási kiadást döntően a működtető szivattyú áramfogyasztása fogja megszabni, melynek az éves áramfogyasztását ~240 kWh értékben határoztuk meg, így a számítás során ezt fogjuk figyelembe venni. Bevételi oldalon a csapadékvíz gyűjtő- és hasznosító rendszer révén megtakarított víz- és csatornadíjakat tekintettük. 5.2. táblázat. A beruházás kezdő pénzáramának összetevői Beruházási eszköz

Beszerzési/bekerülési érték [Ft]

Durvaszűrő

8000

Finomszűrő

11 000

Csapadékvíz tároló tartály és szerelvényei (3 m3)

54 000

Hidrofor

32 000

Segédberendezések

19 000

Beruházáshoz kapcsolódó tőkésíthető kiadások Szerelési költség

10 000

Rendszer kiépítésének összköltsége

134 000

Számítási módszer Pénzügyi szempontból beruházásnak tekintjük azokat az egy éven túli befektetéseket, amelyek reáleszközökbe, azaz nem pénzügyi vagyontárgyakba irányulnak. Nincs általánosan elfogadott, teljesen egységes értékelési módszer a beruházások értékelésére. A gyakorlati életben különböző módszereket alkalmaznak, amelyek más és más szempontot hangsúlyoznak ki. Az általunk vizsgált beruházás a konvencionális beruházások közé sorolható, ugyanis a kezdő negatív pénzáramot az évek előrehaladtával pozitív nettó működési pénzáram fogja követni, a megtakarított vízmennyiségnek megfelelő víz- és csatornadíjnak köszönhetően. Az elemzett beruházás értékelését el tudjuk vé177


gezni a diszkontált megtérülési idő módszerével (Discounted Payback, röviden DPB), amely megmutatja, hogy a beruházás pénzáramainak jelenérték-összege mennyi idő múlva éri el a beruházási pénzkiadást [5.39]. Emellett érdekes lehet számunkra bizonyos időtáv meghatározásához tartozó nettó jelenérték (Net Present Value, röviden NPV) is, amely beruházások értékelésénél a szakirodalom által is leginkább javasolt eljárás [5.40]. A beruházás értékeléséhez nagyon fontos meghatároznunk a beruházástól elvárt hozam (r) értékét. Ehhez számos esetben a jegybanki alapkamat értékét használják fel, amelyet a mi esetünkben is az értékelés kiindulási alapjának tekintünk. Az elvárt hozam vizsgálata, a jegybanki alapkamat értéke A számítás során a jegybanki alapkamatot használtuk fel, mint a csapadékvíz hasznosító rendszertől elvárt hozam értéke. A jegybanki alapkamat értéke 2014. január 15‑én 3,00% (érvényes 2013. december 18-tól). A beruházás értékeléséhez egyrészt ezt, az aktuális alapkamatértéket szükséges alkalmaznunk. Továbbá fontos lehet egy hos�szú időtávú projekt esetén, hogy az alapkamatban esetlegesen bekövetkező változások hatásait is mérlegelni tudjuk és különböző elvárt hozam esetén is megvizsgáljuk a beruházást. Ezért áttekintettük a jegybanki alapkamat változását az elmúlt időszakban, megvizsgáltuk a rövid és hosszú időtávon jelentkező trendeket. Az alapkamat alakulása alapján a beruházást több elvárt hozamra tartjuk célszerűnek értékelni. Érdemesnek tartjuk elvégezni a számításokat a jelenlegi alapkamattal, de emellett egy alacsonyabb értékkel is, ami a jelenlegi csökkenő tendencia folytatódását hivatott szemléltetni, valamint egy a jelenleginél magasabb értékkel is, ami pedig az alapkamat feltételezett visszarendeződését követi. Ezáltal a számítás során alkalmazott jegybanki alapkamatértékeket a változatok betűjelével az 5.3. táblázat tartalmazza. 5.3. táblázat. A számítás során alkalmazott jegybanki alapkamatértékek Változat

Alapkamat [%]

Megjegyzés

A

3,00

jelenlegi (2014. január 15.)

B

2,00

folytatódó csökkenés

C

4,50

emelkedés

Beruházásértékelési számítás az átlagos magyarországi viszonyokra Az elvárt hozam meghatározása után a működési pénzáramot kell meghatározni. Ez az éves üzemeltetési költségnek köszönhetően a villamos energia árától, valamint a bevételi oldalon a megtakarított vízmennyiség víz- és csatornadíjától függ. A Magyarországra jellemző értékek elérhetőek a Központi Statisztikai Hivatal honlapján, amely alapján 2012-es évvel bezáróan megvizsgáltuk a szolgáltatások árainak alakulását. Az idősorok elemzése során megvizsgáltuk a trendvonalak illesztésének lehetőségeit a szolgáltatások fogyasztói árainak időbeli alakulására, melyek eredményeképpen lineáris trendvonalak alkalmazásával becsültük meg a jövőbeli értékeket. Kiindulási adatként a számítás elvégzéséhez a hasznosítható csapadékmennyiség ismerete is feltétlenül szükséges. Magyarországon az évi átlagos csapadékmennyiség 500–750 mm, de különböző területek között lényeges eltérések figyelhetőek meg. 178


A legcsapadékosabb az ország délnyugati része, ahol néhány kis foltban a jellemző csapadékösszeg akár a 800 mm-t is meghaladja. A legkevesebb csapadék jellemzően az alacsony fekvésű Tisza-völgyet éri, ahol az éves csapadékösszeg helyenként az 500 mm-t sem éri el. Általánosságban elmondható, hogy az évi csapadékösszeg DNy-ról ÉK felé csökken. Ezek alapján az éves csapadékmennyiség jelentős eltérést mutathat regionálisan, ezért itt is több esettel célszerű számolni. Három esetet határozunk meg itt is, melyekhez az 5.4. táblázat szerinti csapadékösszegek tartoznak. 5.4. táblázat. Három változat és a hozzájuk tartozó éves csapadékmennyiségek Változat

Éves csapadékösszeg [mm]

Hasznosítható éves vízmennyiség [l]

I

500

alacsony

45 000

II

625

közepes

56 250

III

750

magas

63 000

Megjegyzés

A vizsgált rendszerhez a rendelkezésre álló tetőfelület nagysága a korábban említett 100 m2, mely α = 0,9 hasznosítási együtthatóval bír. Ezek alapján a hasznosítható mennyiségeket egyszerű szorzással kaptuk meg. A felvázolt paraméterekkel 2014. év elején megvalósuló beruházás diszkontált megtérülési idő értékei a különböző esetekben kiszámítható. A következő táblázatban (5.5. táblázat) láthatóak a diszkontált megtérülési idő kiszámított értékei az eddig bemutatott 9 (3*3) változat esetén. Az 5.5. táblázatból jól látható, hogy a beruházás telepítésének helyszíne jelentősen befolyásolja a diszkontált megtérülési időt. A csapadékban legszegényebb országrészekhez képest (500 mm éves csapadék, I változat) a csapadékban leggazdagabb (750 mm, III változat) területeken a DPB mintegy 2,5 évvel alacsonyabb értékű. Amint az várható volt, az elvárt hozam is jelentős mértékben befolyásolja a diszkontált megtérülési időt: a jelenlegi alapkamatértékhez képesti alacsonyabb r-érték (esetleges további alapkamat-csökkenés eredményeként) tovább csökkenti a megtérülési időt, míg egy magasabb r-érték (esetleges alapkamat-visszarendeződés) növeli azt. További nagyon fontos tanulság, hogy ezek a diszkontált megtérülési értékek nagyon alacsonyak, a beruházás nagyon hamar megtérül, ha a villamos energia, víz- és csatornadíj az előre jelzett mértékben drágulnak továbbra is követve az elmúlt évek változásait. A beruházással kapcsolatosan érdekes lehet számunkra, hogy egy nagyobb időtáv esetén mennyi lesz a beruházás nettó jelenértéke. Ezt a számítást 12 éves működési időt feltételezve végeztük el. 5.5. táblázat. Diszkontált megtérülési idő értékei Diszkontált megtérülési idő (DPB) [év] A változat r = 0,030

B változat r = 0,02

C változat r = 0,045

I (500 mm)

II (625 mm)

III (750 mm)

I (500 mm)

II (625 mm)

III (750 mm)

I (500 mm)

II (625 mm)

III (750 mm)

6,25

4,51

3,86

6,05

4,39

3,77

6,60

4,69

4,00

179


Az elvégzett számítások magyarországi általános viszonyokra készültek (KSH országos adatok alapján), lokálisan lehetségesek nagyobb eltérések mind az éves csapadékösszegek, mind a szolgáltatások árai terén, amelyek befolyásolhatják a beruházás diszkontált megtérülési idejét és a nettó jelenértékét is. Ezért is tartjuk fontosnak, hogy a számításokat a bemutatott metodika szerint a projekt által érintett Észak-Alföld régió területén lévő település értékeire is elvégezzük. Az általunk választott település Debrecen, mint a régió legnagyobb városa. A beruházás megvalósítása Debrecen városában A számításhoz meg kell határozni, hogy Debrecen városában mekkora az éves csapadékösszeg. Az éves csapadékmennyiség 85%-át vettük figyelembe a gazdaságossági számítások során, hiszen az alacsony intenzitású, illetve a kis mennyiségű csapadékesemények hasznosíthatósága kétséges. Ezért a továbbiakban 540 mm-es éves értékkel számolunk. A következő lépés a Debrecenre jellemző szolgáltatási árak felmérése. A víz- és csatornadíjak együttes értéke a vizsgálat időpontjában: 510 Ft/m3. Debrecen esetén különböző várható csapadék értékekkel nem számolunk, feltételezve, hogy várhatóan az évek során még ha különbözőek is az éves csapadékértékek, átlaguk mégis az évi átlagos csapadékösszeg lesz. Ezért a szolgáltatások árainak drágulása esetén vizsgálunk különböző eseteket. Egyik esetben (2. változat) feltételezzük, hogy a közeljövőben évente ugyanannyi százalékkal drágulnak, mint a korábbi számítás során az országos díjak. Ebben az esetben a debreceni víz- és csatornadíj várható értékei továbbra is az országos átlag alatt fognak elhelyezkedni. Emellett vizsgáltunk egy a 2. változat körülbelül évenkénti átlagos 4%-os áremelkedése alatti (1. változat, 2%-os évi árnövekedés), valamint egy feletti (3. változat, 6%-os évi árnövekedés) esetet is. További fontos adat számunkra a debreceni villamos energia ára lakossági ügyfeleknek. Ennek értéke 2014 januárjában 37,47 Ft/kWh. Itt is a korábbiak alapján megkülönböztetjük a három változatot: az 1. változat mérsékeltebb árnövekedéséhez 2%-os évenkénti áremelkedést társítunk, a 2. változat szintén az országos drágulás korábban meghatározott trendjét követve a villamos energia ára esetén 3,7%-os évenkénti növekedést feltételez, míg a 3. változat évenkénti 5,4%-os áremelkedést. A felvázolt paraméterekkel 2014. év elején megvalósuló beruházás diszkontált megtérülési idő értékei a különböző esetekben kiszámíthatóak. Itt is a beruházás elvárt hozama esetén a korábban meghatározott A, B és C esetet vettük figyelembe, így összesen itt is 9 változattal számoltunk. Az 5.6. táblázatban láthatóak a diszkontált megtérülési idő kiszámított értékei a különböző változatok esetén. 5.6. táblázat. Diszkontált megtérülési idő értékei debreceni helyszín esetén Diszkontált megtérülési idő (DPB) [év] A változat r = 0,030

B változat r = 0,02

C változat r = 0,045

1. (2%; 2%)

2. (~4%;~3,7%)

3. (6%; 5,4%)

1. (2%; 2%)

2. (~4%;~3,7%)

3. (6%; 5,4%)

1. (2%; 2%)

2. (~4%;~3,7%)

3. (6%; 5,4%)

8,95

7,88

7,43

8,53

7,56

7,16

9,69

8,41

7,89

180


Az 5.6. táblázat alapján megállapíthatjuk, hogy a diszkontált megtérülési idők minden esetben magasabbak, mint a korábban országos átlagra kiszámított esetben (5.5. táblázat). Ennek legfőbb magyarázata az, hogy Debrecenben a víz- és csatornadíj (valamint a villamos energia) egységára az országos átlag alatt van. Nagyon fontos megjegyeznünk, hogy Debrecen esetében már 2013-as szolgáltatási árakkal számoltunk, ezért is alacsonyabbak az országos diszkontált megtérülési idő értékek. Megjegyzendő még, hogy az év eleji debreceni érték (567 Ft/m3) is jóval a 2012. évi országos átlagár (705 Ft/m3) alatt van. Ezt tovább tetézi, hogy Debrecenben az éves csapadékösszeg (540 mm) közel van az országra általánosan jellemző alsó értékhatárhoz (500 mm). Összességében kijelenthetjük, hogy a vizsgált változatok mindegyikén (még abban az esetben is, hogyha az elvárt hozam nő, de a szolgáltatások árai a várhatónál alacsonyabb mértékben növekednek) 10 év alatti diszkontált megtérülési időt kaptunk. A vizsgált változatok közül a legkedvezőbb esetben valamivel több mint 7 év alatt megtérül a beruházás DPB számítás alapján. A csapadékvizekkel folytatott vizsgálataink alapján megállapítható, hogy az épületek vonatkozásában összegyűjtött csapadékvizek elsősorban kiegészítő szerepben vehetőek figyelembe a vízszükségletek kielégítse során a csapadékesemények rendszertelensége, valamint az éves csapadékösszegek közötti jelentős különbségek miatt. A vizsgált csapadékminták bemutatott elemzése alapján kijelenthető, hogy azok minőségileg alkalmasak rövid időn belüli hasznosítás esetén akár kezelés nélkül bizonyos vízhasználati igények kielégítésére (WC-öblítés, öntözés), továbbá szürkevízzel együttesen alkalmazva azok minőségi paramétereit kedvező irányban befolyásolhatják.

5.3.2. A szürkevizek vizsgálata 5.3.2.1. Szürkevízminták mennyiségi viszonyainak vizsgálata az Észak-Alföld régióban Ebben az alfejezetben mind nemzetközi, mind pedig magyarországi szinten összehasonlítjuk és összefoglaljuk a szürkevizek mennyiségi viszonyait, és részletesen bemutatjuk a vizsgált háztartások szürkevizek mennyiségét befolyásoló adatait. Egy fő átlagosan 150–250 liter szennyvizet bocsát ki naponta és a keletkező szürkevíz mennyiség ennek a 75%-a vagy vákuumos WC-k esetében akár 90% is lehet. Európában a háztartásokban keletkező szürkevíz mennyisége 35–150 l/fő/nap között mozog [5.12]. A szürkevizet a vízöblítéses WC-knél használva a napi vízfogyasztás 10–29%kal csökkenthető, illetve az ún. light GW frakció (pl. fürdővíz) használata öntözési célra tovább csökkenti a vízfogyasztást, mely összesen 41%-ot is kitehet [5.21]. Magyarországon az átlagos vízfogyasztás 100–110 l/fő/nap, ami a nagyobb városokban 120–130 l/fő/nap, a kisebb településeken vagy ingázó életmódot folytató lakosok esetében 50–70 l/fő/nap. A magyarországi háztartások 75%-a a kiépített csatornahálózatokra bocsátja a szennyvizét, évente 450 millió m3 szennyvíz keletkezik, és több mint 500 szennyvíztisztító üzemel. Az 1990-es évektől a vízdíjak Magyarországon jelentős mértékben emelkedtek [5.2] [5.18]. A víz 34%-át WC-öblítésre, 38%-át fürdésre, 14%át mosásra, 7%-át mosogatásra és 2%-át ivásra és főzésre használjuk. A maradék 5% 181


megy el takarításra és egyéb célokra, pl. autómosásra vagy öntözésre [5.19]. Ezen arányok alapján egy magyar háztartásban átlagosan 60–65 l/fő/nap szürkevíz keletkezik. A vizsgált háztartásokra jellemző szürkevizek mennyiségét meghatározó adatokat az 5.7. táblázatban foglatuk össze. Ebben feltüntetjük a lakók számát, a háztartásban élők átlagéletkorát, a lakás alapterületét és típusát, illetve 2013. évi átlagos, nyári hónapok nélküli ivóvízfogyasztást (m3) és az ebből számított egy főre eső napi fogyasztás értékeket. Az 5.7. táblázatban látható, hogy a vizsgált háztartásokban az összes lakosok száma 97 fő (42 fő férfi, 39 fő nő és 16 fő 14 év alatti gyermek), a lakók átlagéletkora pedig 35 év volt. A háztartások között található társasház, sorház és családi ház. A háztartások kiválasztása véletlenszerűen történt és az általuk képviselt profil jól prezentálja a jellegzetes magyar háztartás strukturákat. 5.7. táblázat. A vizsgált háztartások adatai

1 1 0 0 1 3 3 0 0 0 0 0 2 2 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Átlagéletkor (év) 26,7 26,0 27,0 50,0 22,0 25,0 21,2 26,5 60,5 27,5 65,5 32,7 26,0 32,2 65,0 22,0 23,0 43,5 50,0 30,5 20,0 62,0 36,0 27,0 29,5 42,0 32,0 36,3 28,0 35,0

Lakás alapterülete (m2) 60 65 59 100 65 180 250 50 70 72 80 100 160 80 120 65 61 78 120 182 160 90 100 44 53 64 100 90 90 44

16

35,0

95

Sorszám

Lakók száma

Gyerekek száma

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. Össz./ Átl.

3 3 2 4 2 5 5 2 2 2 2 6 4 5 2 2 3 4 3 5 4 2 5 2 2 3 3 4 5 1 97

182

Típusa sorházi sorházi társasház családi ház családi ház sorház családi ház társasház családi ház társasház családi ház családi ház családi ház családi ház sorház társasház társasház családi ház sorház családi ház sorház családi ház családi ház társasház panelház társasház családi ház családi ház családi ház társasház

2013. évi, átlagos havi ivóvízfogyasztás (locsolás nélkül), m3 5,5 6,5 4,0 10,0 8,0 13,0 19,5 4,0 3,5 10,5 8,2 18,0 21,0 9,0 6,0 3,0 6,0 6,5 12,0 7,0 9,0 7,8 11,7 5,0 4,0 4,0 12,0 5,8 7,0 3,0 8,35

Átlag l/fő/nap 61,1 72,2 66,7 83,3 133,3 86,8 130,0 66,7 58,3 175,0 136,7 100,0 175,0 60,0 100,0 50,0 66,67 54,8 133,3 46,7 75,0 130,0 78,0 83,3 66,7 44,4 133,3 48,3 46,7 100,0 88,7


Az adatok alapján megállapíthatjuk, hogy az egy főre eső napi átlag vízfogyasztás 80–100 l között változik, és ebből következik, hogy a vizsgált háztartások becsült ös�szes szürkevízhozama 50–60 l/fő/nap lehet. Ezen eredmények jó egyezést mutattak a nemzetközi szakirodalomban prognosztizált adatokkal.

5.3.2.2. Szürkevízminták minőségének vizsgálata Ebben az alfejezetben összefoglaljuk a szürkevizek (fürdő-, mosó- és mosogatóvizek csoportosításban) fizikai, kémiai és mikrobiológiai patamétereinek vizsgálata kapcsán kapott eredményeinket. Az eredmények bemutatása során a kontroll ivóvízmintákhoz hasonlítjuk az elemzett szürkevizeket. Nem specifikus fizikai és kémiai paraméterek vizsgálata A minták átfogó karakterizálása céljából különböző nem specifikus fizikai és kémiai paramétereket határoztunk meg, hogy a különböző helyeken keletkező szürkevizek minőségéről tájékozódjunk. Eredményeinket az 5.8. táblázatban foglaltuk össze. A régiós méréseink alapján az ivóvízminták pH-értéke 6,77 és 8,06 között változott, átlagosan 7,43±0,37 értéket mutatott. Ezzel szemben a vizsgált szürkevizek pH-ja a fürdővizek esetében 6,73 és 7,95 között, mosóvizek esetében 7,25 és 10,15 között, míg mosogatóvizek esetében 6,80 és 7,82 között változott, azaz a fürdővizek pH-ja csak kismértékben, a mosogatóvizeké kissé nagyobb mértékben, míg a mosóvizek pH-ja a magas detergenskoncentráció miatt a legnagyobb mértékben tért el az ivóvízminőségtől. Ez utóbbi vizek magas pH-értékei jó egyezést mutatnak a mért lúgosságértékekkel is (12,40±7,34 mmol/l). A vizsgált vizekben előforduló oldott és nem oldott komponensek mennyiségének meghatározása során megállapítottuk, hogy az ételmaradékok miatt a mosogatóvizek kapcsán mérhető a legnagyobb TS érték (588–4088 mg/l), mosóvizek esetében is magas értékeket mértünk (504–3856 mg/l), fürdővizek esetében pedig a TS értékek (308– 804 mg/l) az ivóvízmintákhoz képest (432,4–462 mg/l) a legkisebb mértékű eltérést mutatták. Az általunk mért értékek hasonlóak a szakirodalmi adatokhoz [5.41] [5.42] [5.43], azaz a vizsgált régióban a nemzetközi tapasztalatokhoz képest nem találtunk eltérést. A TDS, valamint a mért fajlagos elektromos vezetőképesség értékek (EC) az oldott alkotók mennyiségét reprezentálják a vizsgált mintákban, míg a TSS- és zavarosság-értékek a nem oldott komponensek mennyiségét jellemzik. Az ivóvízminták mért értékeihez képest a szürkevizekben a TDS- és EC- értékek a háztartási tevékenységek kapcsán vizekbe került alkotók miatt magasabb értékeket mutattak. A nem oldott alkotók a fürdővizekbe a testápolószerekből, fogkrémből, borotválkozószerekből, habzást okozó anyagokból, bőr- és haj maradványokból, míg mosogatóvizekbe az ételmaradékokból, baktériumokból, olajokból, zsírokból, habzást okozó anyagokból kerülnek. A mosóvizekben a nem oldott alkotók habzást okozó anyagokból, olajokból származnak vagy homokszemcsék, haj- és különböző szálmaradványok miatt mutatnak nagyobb koncentrációt [5.12] [5.13]. A vizsgált háztartások szürkevizeit tekintve a fürdővizek jellemezhetők alacsonyabb EC-, TDS-, TSS- és zavarosság-értékekkel (412–610 mS/cm, 306–506 mg/l, 1–230 mg/l 183


és 2,3–84 NTU), míg a mosó- és mosogatóvizek esetében a fentebb megadott hatások miatt jelentősen magasabb értékeket mértünk. 5.8. táblázat. Az Észak-Alföld régió háztartásaiban vizsgált szürkevízminták nem specifikus fizikai és kémiai paraméterei Mértékegység

Ivóvíz (n = 30)

Fürdővíz (n = 30)

Mosóvíz (n = 30)

Mosogatóvíz (n = 30)

Min.–Max.

Min.–Max.

Min.–Max.

Min.–Max.

pH

–

6,77–8,06

6,73–7,95

7,25–10,15

6,80–7,82

Fajlagos elektromos vezetőképesség

µS/cm

439–631

412–610

580–3910

538–5120

TDS

mg/l

350–412

306–506

438–2236

308–2406

TS

mg/l

432,4–462

308–804

504–3856

588–4088

TSS*

mg/l

8–82,6

1–230

66–326

40–2474

Zavarosság

NTU

0,04–3,2

2,3–84,0

49,5–492,8

55,6–743,6

Összes lúgosság

mmol/l

4,34–7,24

4,45–7,26

5,46–26,01

3,69–14,43

BOI5

mg/l

0,66–3,70

6,67–253,3

46,67–1200

506,6–1233

DOC

mg/l

0,86–3,33

7,71–87,76

34,07–502,3

32,35–634,6

ANA-detergens

mg/l

–

0,01–4,18

18,32–74,12

0,54–5,51

Megjegyzés: n: mintaszám; *számított érték: TS-TDS alapján.

Továbbá megállapítottuk, hogy az EC- és a TDS-, valamint a TSS- és a zavarosságértékek a vizsgált minták vonatkozásában jól korrelálnak. A régiós eredményekhez képest néhány szakirodalmi hivatkozás magasabb TSS- és zavarosság-értéket ad meg a mosóvizek esetében, mint a mosogatóvizeknél, mely ezen szürkevizekben előforduló szennyeződések változatosságát igazolja [5.12]. Szakirodalmi alapokon a szürkevizekben előforduló szerves szennyezettség az egyik legmeghatározóbb antropogén eredetű anyagféle, mely a teljes szennyezőanyag-mennyiség 40%-át is jelentheti [5.13]. A szerves szennyezettség vizsgálatához a BOI5- és a DOC-értékekkel jellemezzük a szürkevízmintákat. Vizsgálataink során megállapítottuk, hogy a különböző frakciókban a szerves anyagok mennyisége széles tartományban változott, az ivóvízmintákhoz képest (BOI5: 0,66–3,70 mg/l; DOC: 0,86–3,33 mg/l) a szürkevizek közül a fürdővizek átlagosan alacsonyabb szerves anyag terheltséget mutattak (BOI5: 6,67–253,3 mg/l; DOC: 7,71–87,76 mg/l), mint a mosóvizek (BOI5: 46,67–1200 mg/l; DOC: 34,07–502,3 mg/l) és a mosogatóvizek (BOI5: 506,7–1233 mg/l; DOC: 32,35–634,6 mg/l). A minták szervesanyag-tartalmának nagymértékű növekedése egyrészt a mosó- és mosogatószerek bizonyos komponenseinek (pl. tenzidek) tulajdonítható, másrészt pedig a mosási és mosogatási folyamat eredményeként a szerves anyagok (zsírok, olajok, egyéb szerves eredetű szennyező anyagok) a felületaktív anyagok miatt kolloidális alakban (nem szűrhető) kerülnek a vízmintába, ezáltal a minták szűrésével nem lehet 184


őket eltávolítani a mintákból. Ezek a szervesanyag-tartalomra vonatkozó értékek jól korrelálnak a TS-értékekkel. A használt detergensek mennyiségének feltérképezésére ANA-detergens-érték is megállapításra került, mely a szakirodalom alapján 0,01 és 118,30 mg/l között széles tartományban változik [5.12] [5.13]. A vizsgált mintákra vonatkozóan a mosóvizek esetében kaptunk nagyobb értékeket (18,32–74,12 mg/l), míg a mosogatóvizek (0,54–5,51 mg/l) és a fürdővizek (0,01–4,18 mg/l) esetében egy nagyságrenddel kisebb értékeket azonosítottunk. Azaz a mosásból származó minták szignifikánsan nagyobb koncentrációban tartalmaztak tenzideket, míg a fürdésből és mosogatásból származó minták nem különböztek egymástól szignifikánsan. A fenti nem specifikus jellemzők vizsgálata során megállapítottuk, hogy a mosásból, fürdésből, mosogatásból származó szürkevizek eredetüknek köszönhetően különböző mértékben terheltek szennyező anyagok tekintetében, a mosóvizek több oldott, míg a mosogatóvizek több nem oldott alkotót tartalmaztak. A méréseink alapján kijelenthető, hogy rendkívül fontos az újrahasználat tervezése előtt a keletkezési hely szerinti minőségi elemzés, valamint megállapítottuk, hogy a mért jellemzők alapján a fürdővizek a legkevésbé terheltek, esetükben újrahasznosítási célból egyszerűbb kezelési megoldások alkalmazása is elegendő lehet. Ionos komponensek ionkromatográfiás vizsgálata Kutatásunkban a nem specifikus paramétereken túl a specifikus jellemzők megadására is nagy figyelmet fordítottunk. Rendkívül fontosnak tartottuk pl. az ionos komponensek mennyiségét is mérjük, hogy képet kapjunk a szennyező anyagok alkotóiról. A módszerrel egyszerre tudjuk azonosítani a különböző anionokat (Br–, Cl–, NO3–, SO42–, PO43–) és kationokat (NH4+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+). A mérési adatokból számított paramétert is meg tudunk határozni (SAR tényező), mely további képet ad a szürkevizek minőségéről és hasznosíthatósági lehetőségeiről. Az ionkromatográfiás eredményeket az 5.9. táblázat foglalja össze. A mért eredmények alapján megállapítható, hogy az ivóvíz oldott komponensei alapján jelentős mennyiségben tartalmaz ionos alkotókat, mely a keménység adatokban is tükröződik, a szürkevizekben az ivóvízmintákhoz képest nagyobb iontartalmakat azonosítottunk. A mosó- és mosogatóvizek esetében jelentősebb volt az eltérés az ivóvízhez képest, az anionos komponensek közül a klorid- és a szulfátion, míg a kationok esetében a nátriumion megnövekedett mennyisége azonosítható a szürkevizekben, mely a különböző mosó- és mosogatószerekből származtatható. A fürdővizek általánosan a legkevésbé szennyezett frakciót reprezentálták, de a foszfátion-tartalom esetében ez a frakció mutatott nagyobb értékeket feltehetően a fürdés során használt tisztálkodószerek miatt. Az ionkromatográfiás mérések alapján alkalmunk nyílt a SAR tényező meghatározására is, mely a szürkevizek öntözési célú felhasználása kapcsán jól jellemzi a forrást és az összetételt. Ez az érték szürkevizek esetében tipikusan 2 és 10 között változik. A szakirodalmi adatok alapján ha 6-nál nagyobb, akkor az öntözővíz csökkenti a talaj légzőképességét, illetve permeábilitását [5.38]. Az általunk vizsgált háztartások szürkevizei közül a SAR tényező szignifikánsan magasabb volt mosóvizekre (1,57–36,24), míg konyhai vizekre (0,94–3,22) és fürdővizekre (0,59–1,40) lényegesen kisebb értéke185


ket kaptunk. A SAR-értékek alapján a mosóvizeket kezelés nélkül nem lehet öntözési célra használni, míg a mosogató- és fürdővizeket igen; de az újrahasználat előtt más minősítő paramétereket is figyelembe kell venni. 5.9. táblázat. Különböző forrásokból származó szürkevizek iontartalma Mértékegység

A N I O N O K


Mosóvíz (n = 30)

Mosogatóvíz (n = 30)

Min.–Max.

Min.–Max.

Min.–Max.

Min.–Max.

Cl–

mg/l

1,71–60,95

8,07–47,49

14,51–451,6

10,21–1938

Br–

mg/l

0,02–0,04

0,91–2,37

1,05–11,86

1,10–1,79

NO3–

mg/l

3,27–4,12

2,93–5,08

1,19–5,66

2,05–5,52

NO3–N*

mg/l

0,74–0,93

0,66–1,15

0,44–1,28

0,46–1,25

PO4

3–

mg/l

0,10–0,51

1,68–31,41

4,97–10,74

2,24–22,01

PO4–P*

mg/l

0,03–0,17

0,55–10,24

1,62–3,50

0,73–7,18

2–

K A T I O N O K

Ivóvíz (n = 30)

SO4

mg/l

0,02–26,07

9,18–24,05

6,58–306,3

7,43–36,53

Na+

mg/l

18,19–38,40

22,01–56,37

62,25–1303

38,17–130,3

K+

mg/l

1,43–2,23

1,26–14,12

4,60–19,97

4,56–25,04

Ca2+

mg/l

48,35–100,79

58,51–262,97

15,71–96,02

62,62–94,65

Mg2+

mg/l

12,37–21,22

14,78–26,39

6,65–28,28

11,29–25,60

NH4

mg/l

0,27–0,71

0,41–5,84

3,24–27,79

0,50–11,51

NH4–N*

mg/l

0,22–0,58

0,34–4,80

2,66–22,85

0,41–9,46

SAR*

–

0,60–1,05

0,59–1,40

1,57–36,24

0,94–3,22

Megjegyzés: n: mintaszám, *IC adatokból számított értékek, körülmények: 30 °C, anionos eluens: 8 mM/l Na2CO3 és 1 mM/l NaHCO3; kationos eluens 11 mM/l H2SO4.

Az ionkromatográfiás mérések nagy segítségünkre voltak a szürkevizek esetében a tápanyagok azonosításában is. A szürkevízminták foszfátion-koncentrációja általánosan magasabb volt egyes publikációk adataihoz képest [5.27] [5.41] és alacsonyabbak voltak, mint pl. a Friedler [5.44] által meghatározottak, amely alapján arra következtethetünk, hogy a vizsgált régió háztartásaiban közepes mértékű a foszfát-tartalmú higiéniai és tisztítószerek használata. Szakirodalmi alapokon a szennyvizekben a nitrogén fő forrása a vizelet, míg szürkevizekben az ételmaradék [5.42]. A nitrátion-koncentrációértékek fürdővizek esetében 2,93 és 5,08 mg/l között, mosóvizek esetében 1,19 és 5,66 mg/l között, míg mosogatóvizek esetében 2,05 és 5,52 mg/l között változtak, mely alapján a nitrát-koncentrációértékek az ivóvízhez képest (3,27–4,12 mg/l) jelentős eltérést nem mutattak. Az általunk mért NH4–N koncentrációértékek jó egyezést mutattak a szakirodalmi adatokkal [5.41] [5.42]. Összességében megállapítható, hogy a tápanyagok tekintetében a szürkevízminták kevésbé voltak terheltek, ezek közül is a PO43– és a NH4+ ion formák voltak nagyobb mennyiségben azonosíthatók a mosóés mosogatóvizekben. Az ionkromatográfiás mérések alapján elmondhatjuk, hogy a vizsgált szürkevízminták ionkoncentrációi alapján a mosó- és mosogatóvizek jelentik a terheltebb frakciókat. 186


Function 2

Elemtartalom meghatározása MP-AES módszerrel A szürkevizek, valamint a kontrollként szolgáló ivóvizek elemtartalmát MP-AES módszer segítségével határoztuk meg (K, Ca, Mg, Na, Fe, Mn, Al, Sr, Ba, Zn, Cd, Cr, Ni, Pb és Cu). A háztartásokban keletkező használt vizekben viszonylag nagy koncentrációban találhatóak nyomelemek és nehézfémek [5.45], amelyek mennyiségi meghatározását zavarhatja a vizek komplex, sokszor ismeretlen komponenseket tartalmazó mintamátrixa. A szürkevízminták elemtartalmát varianciaanalízis segítségével hasonlítottuk össze és kanonikus diszkriminanciaanalízist (CDA) alkalmaztunk a különböző eredetű minták csoportosítására. A kanonikus diszkriminanciacsoportok szignifikánsnak bizonyultak (p<0,05), és a csoportok kanonikus korrelációja a következőképpen alakult: 0,877 (I), 0,662 (II) és 0,469 (III). Szignifikánsan pozitív korrelációt figyeltünk meg az első diszkriminanciacsoport és az ólom, nikkel és vas koncentrációja között. A varianciaanalízis alapján ezen elemek koncentrációja a mosásból és mosogatásból származó szürkevízmintákban szignifikánsan nagyobb volt (p<0,05), mint a fürdő- és ivóvízben. A második diszkriminanciacsoport negatívan korrelált a mért alumínium- és krómkoncentrációkkal, míg pozitívan a stroncium-, bárium-, mangán- és cinkkoncentrációkkal. A réz és kadmium negatív korrelációt mutatott a harmadik diszkriminanciacsoporttal. Az 5.4. ábra a mikroelemek esetében szemlélteti a kapott eredményeket: a mosó- és mosogatóvíz a diszkriminanciaanalízis alapján elkülönülő csoportot alkot, míg a fürdővíz nem különbözik elemtartalmát tekintve szignifikánsan a kontroll mintaként gyűjtött ivóvíztől. Az ólom előfordulása a háztartások szürkevizében, elsősorban a mosogatóvízben, a régi kerámia edények és porcelánok zománcbevonatából, valamint a csővezetékek kopásából származhat [5.43]. A nikkel és vas gyakran alkalmazott ötvöző elemek, amelyek jelenléte a víz korrozív hatásának lehet a függvénye. Braga és Varesche mosásból származó szürkevizek kémiai összetételét tanulmányozták és eredményeik alapján a vas bizonyult a leggyakrabban előforduló elemnek a vizsgált mintákban [5.26]. Az általunk vizsgált szürkevizek mindegyike szignifiivóvíz kánsan nagyobb koncentrációban tartalfürdővíz 6 mazta a vasat, mint a kontrollként gyűjmosóvíz mosogatóvíz tött ivóvíz. A mosásból és mosogatásból 3 származó szürkevízminták magasabb réztartalma a háztartásokban gyakran al0 kalmazott detergensekből, tisztítószerekből származhat [5.46]. –3 Az elemtartalom meghatározása környezetvédelmi szempontból is jelentős, –6 hiszen másodlagos hasznosítás esetén jelentős nehézfém terhelést gyakorolhat az ökoszisztémára. Eredményeink az mu–6 –3 0 3 6 tatják, hogy a mosó- és mosogatóvizek Function 1 ólom-, mangán-, nikkel-, réz-, vas- és 5.4. ábra. A szürkevízminták mikroelem-tartalmának krómkoncentrációja szignifikánsan nadiszkriminanciaanalízise 187


gyobb, mint az ivó-, illetve a fürdővizeké. Az MP-AES módszer a szürkevízminták érzékeny és költséghatékony elemzését teszi lehetővé. A begyűjtött szürkevizek makro- és mikroelem-koncentrációjuk alapján elkülönülnek egymástól, amely tisztítási és hasznosíthatósági szempontból is fontos információ. Az elfolyó szürkevizek elemtartalma alapján is megállapítottuk, hogy a fürdővíz a legkevésbé szennyezett frakció. Szürkevizek zéta-potenciáljának vizsgálata A zéta-potenciál megadja a kolloid rendszer felületi potenciálját, melyből következtethetünk a kolloid rendszerek stabilitására. A közel 0 mV zéta-potenciál-érték azt 5,00 0,00 –10,00 –15,00 –20,00 –25,00 -

Zéta-potenciál (mV)

-5,00

–30,00

Ivóvíz Fürdővíz Mosóvíz Mosogatóvíz

–35,00 –40,00 –45,00 0,0

0,1

1,0 10,0 100,0 Zavarosság (NTU)

1000,0

5.5. ábra. Szürkevíz- és ivóvízminták zéta-potenciáljának megoszlása a zavarosság-értékek függvényében 5,00 0,00 –10,00 –15,00 –20,00 –25,00 -


-5,00

–30,00

Ivóvíz Fürdővíz Mosóvíz Mosogatóvíz

–35,00 –40,00 –45,00

0,1

1,0 10,0 100,0 Oldott szerves szén (mg/l)

1000,0

5.6.ábra. Szürkevíz- és ivóvízminták zéta-potenciáljának megoszlása a DOC-értékek függvényében

188


jelzi, hogy a kolloid rendszert alkotó részecskék között az elektromos taszítás minimális, vagyis a kolloid instabil és változékony. Az 5.5. ábrán látható a zéta-potenciál és a zavarosság közötti, illetve az 5.6. ábrán a zéta-potenciál és az oldott szerves széntartalom közötti kapcsolat. Megfigyelhető, hogy a vizsgált vízminták zéta-potenciál-, zavarosság- és DOC-értékei három csoportra oszlanak. Az ivóvízminták alacsony z értékek mellett kis zavarossággal és DOC-értékkel rendelkeznek, ami az elvártnak megfelelő, ehhez képest a fürdővízminták zavarosság- és DOC-értékei átlagosan egy nagyságrenddel nagyobbnak adódtak, zéta-potenciál-értékei pedig nagyobb eloszlást mutatva eltolódtak a nagyobb negatív értékek irányába. A mosó- és mosogatóvízminták zavarossága nagy átfedést mutatnak egymással és a fürdővíz zavarosságához képest növekedést mutatnak. A mosó- és mosogatóvíz-minták oldott szervesanyag tartalma pedig elérheti a 630 mg/l koncentrációt is. Méréseink alapján azt is megállapítottuk, hogy a turbiditás és az oldott szerves széntartalom között kapcsolat van, vagyis, hogy a szürkevizek zavarosságát túlnyomó részben szerves kolloid részecskék okozzák, mely kapcsolat a kezelési megoldások vizsgálata során is figyelemmel kísérendő. Szürkevízminták mikrobiológiai vizsgálata A különböző típusból származó szürkevízminták mikrobiológiai minőségének vizsgálatához meghatároztuk a minták összcsíraszámát, koliform- és Escherichia coli-terheltségét. 7

Összcsíraszám

6

Koliformok E. coli

lg CFU/ml

5 4 3 2 1 0

Ivóvíz

Mosóvíz Mosogatóvíz Fürdővíz Becslési hiba: 3/–1 Se

5.7. ábra. Különböző szürkevíztípusok mikrobiológiai jellemzői

A 5.7. ábra alapján jól látható, hogy a szürkevízminták jelentős mértékű bakteriális szennyezettséget mutattak, a minták átlagos összcsíraszáma 5–6 lgCFU/ml között változott. Nem volt szignifikáns eltérés a fürdővíz- és a mosogatóvíz-minták összcsíraszáma között (4,8 és 4,6 lgCFU/ml), ezzel szemben a mosóvízminták átlagos összcsíraszáma jóval magasabb volt (5,5 lgCFU/ml), mint a két másik szürkevíz típusé. Mikrobák jelenlétét nemcsak szürkevízmintákból mutattuk ki, hanem a kontrollként használt ivóvízminták esetében is. A minták nagyobb eltéréseket mutattak a koliform baktérium189


tartalom tekintetében. Az ivóvízben csak minimális koliform-szennyezettséget találtunk, míg valamennyi szürkevíz nagymértékben terhelt volt koliform baktériumokkal. A szürkevíz típusok közül a mosogatóvíz volt a legkevésbé (3,3 lgCFU/ml) és a mosóvíz volt a leginkább szennyezett koliform baktériumokkal (4,1 lgCFU/ml). Az E. coli szennyezettség kimutatására szolgáló vizsgálat bebizonyította, hogy az összes általunk vizsgált szürkevíz típus szennyezett lehet bélsár eredetű mikroorganizmusokkal. E. coli baktériumokat nem találtunk az ivóvízmintákban annak ellenére, hogy koliform baktériumok voltak jelen az ilyen típusú mintákban (0,4 lgCFU/ml). Az E. coli-terheltség a fürdővizekből származó mintákban volt a legnagyobb (1,3 lgCFU/ml) összehasonlítva a többi szürkevíz típussal. 45,8%-a a vizsgált fürdővízmintáknak tartalmazott E. coli baktériumokat (2–3 lgCFU/ml mennyiségben). E. coliszennyezettséget a mosóvíz és mosogatóvizek esetében is találtuk (0,5 és 0,6 lgCFU/ml). Eredményeink megerősítik egy korábbi kutatás megállapítását [5.47] miszerint a szürkevíz fekáliás eredetű szennyeződése megtörténhet, és ezért fennáll a veszély, hogy a bélsárral terjedő különböző kórokozók a szürkevízben is megjelenjenek.

5.3.2.3. Tárolás hatása a szürkevízminták minőségére Kísérleteinkben a szürkevizek vonatkozásában tárolási vizsgálatokat is folytattunk a minőségi változások feltérképezése céljából. A tárolási vizsgálathoz 10 fürdővízmintát és 10 mosóvízmintát gyűjtöttünk, melyekből típusonként 2-2 liter elegyet készítettünk. A kevert fürdő- és mosóvízmintákat 36 órán keresztül 20 °C-on sötétben tároltunk, és 12 óránként vizsgáltuk a fizikai, kémiai és a mikrobiológiai paramétereik változását. Az 5.10. táblázatban bemutatott adatok a 10-10 beérkezett alap fürdő- és mosóvízminta, valamint a fürdővizekből és a mosóvizekből készített keverék vízminta vizsgált paraméterei (utolsó oszlop). 5.10. táblázat. Különböző forrásokból származó szürkevizek fizikai és kémiai jellemzői Szélsőértékek

Átlag

Szórás

Kevert szürkevíz (t = 0 h)

pH

6,8–8,0

7,6

0,3

7,7

Vezetőképesség (µS/cm)

519–610

561

28

560

DOC (mg/l)

17–81

49

21

56

Zavarosság (NTU)

6–81

31

25

25

(–32,3)–(–3,5)

–17,9

9,53

–15,2

7,0–10,1

8,1

1,0

9,4

544–10 790

2193

3221

2290

DOC (mg/l)

34–666

254

190

256

Zavarosság (NTU)

41–485

175

127

139

(–32,4)–(–15,9)

–22,8

5,78

–36,4

Paraméterek


Zéta-potenciál (mV) pH Vezetőképesség (µS/cm) Mosóvíz (n = 10)


190

5.3. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata 8

lg CFU/ml

6

4

2

0

Mosóvíz

Fürdővíz t=0h

t = 12 h

t = 24 h

t = 36 h

5.8. ábra. Összcsíraszám változása a tárolás során 8

lg CFU/ml

6

4

2

0

Mosóvíz

Fürdővíz t=0h

t = 12 h

t = 24 h

t = 36 h

5.9. ábra. Koliform-szám változása a tárolás során

Az 5.8. és az 5.9. ábrán a kevert fürdő- és mosóvizek mikrobiális terheltségének változását ábrázoltuk. Mind az összcsíraszám, mind a koliform-szám tekintetében növekedést tapasztaltunk. A mosóvízben lévő koliform baktériumok mennyisége 12 óránként közel egy nagyságrenddel nőtt. Megfigyelhető, hogy a fürdővizek pH-értéke semleges érték körül mozgott (6,8–8,0), míg a mosóvizeké a semlegestől a lúgos tartományig terjedt. Az egyes minták között nagy szélsőérték különbségeket főként a mosóvizek esetén tapasztaltunk. Fürdővizek esetén jelentős különbség volt az egyes minták szervesanyag-artalma, zavarossága és 191


zéta-potenciálja között. Látható, hogy az egyes minták eredményeinek átlaga nem tér el számottevően, a belőlük készített elegy paramétereitől. A tárolás során a kevert vízminták fajlagos vezetőképessége és zavarossága jelentős mértékben nem változott. Az 5.10. ábrán a kevert fürdő- és mosóvízminták oldott szerves széntartalmának és zéta-potenciáljának változását mutatjuk be a tárolás ideje alatt. Jól látható, hogy míg a fürdővízminta esetén a DOC-érték 50 mg/l körül van, addig a mosóvíznél ez több mint 250 mg/l, ugyanakkor az is megfigyelhető, hogy a mosóvíz z potenciálja nagyobb negatív értékeket mutat, mint a fürdővízé. 350

0

300

–5

DOC, mg/l

–15 200 –20 150

–25

100

–30

50 0

Zeta-potenciál, mV

–10

250

–35

t=0h Fürdővíz

t = 12 h Mosóvíz

t = 24 h Fürdővíz Zeta

t = 36 h

–40

Mosóvíz Zeta

5.10. ábra. Oldott szerves széntartalom változása a tárolás során

A fürdővízminta esetén a szervesanyag-tartalom lassú, de monoton csökkenést mutat a tárolás ideje alatt, a mérés kezdetén 56 mg/l, míg 36 óra elteltével már csak 41 mg/l volt (27%-os csökkenés). A DOC-tartalommal páhuzamosan monoton csökkent a zéta-potenciál értéke, mely a tárolás időtartama alatt a kezdeti –15,2 mV-ról –19,7 mV-ra változott. Ezzel szemben a mosóvíz esetén, amely sokkal nagyobb men�nyiségben tartalmazott szerves anyagot, az első 24 órában a DOC növekedését tapasztaltuk (256 mg/l-ről 304 mg/l-re), azonban a 36 órás tárolás alatt az oldott szerves széntartalom 255 mg/l-re csökkent. Hasonló irányú változás figyelhető meg a zétapotenciál tükrében is, azonban a hosszabb ideig történő tárolás esetén a kezdeti potenciál növekedést (24 órás tárolásig) követően a z potenciál csökkenése helyett a lassúbb növekedés jellemzi. Ezt okozhatta az, hogy a minta nem kolloidális méretű anyagokat is tartalmazott, melyeket a mikrobák elkezdtek lebontani, ezáltal növelve az oldott szerves anyagok mennyiségét (0,45 µm-es szűrés). Azonban az első 24 órát követően, feltételezéseink szerint a mikróbák ezen kolloidális méretű szerves anyagot is elkezdték fogyasztani, amely jól tükröződik a DOC-eredményekben. 192


5.3.2.4. Szürkevízminták kezelése A szürkevíz kezelésére számos technológia áll rendelkezésünkre, melynek kiválasztása függ a háztartás méretétől, a kezelt szürkevíz végső felhasználásától, társadalmigazdasági tényezőktől (költséghatékonyság), illetve a helyi szokásoktól [5.48]. A rendelkezésre álló technológiák lehetnek fizikai, kémiai, biológiai eljárások, természetes kezelési rendszerek, illetve ezek kombinációi [5.49]. Fizikai és fizikai-kémiai rendszerek segítségével viszonylag nagy hatásfokú tisztítást lehet megvalósítani, melynek eredményeként a szürkevíz szerves szennyezőanyag-terhelése hatékonyan csökkenthető, ami bizonyos mértékig társul a zavarosság csökkenésével is [5.49]. Gyakran alkalmazott kezelési megoldás a két-lépcsős rendszer, amely durva szűrésből (általában fémszűrő) és azt követő fertőtlenítésből (klór vagy bróm alkalmazása) áll [5.48]. Az újabban alkalmazott fizikai-kémiai eljárások már koagulációt is tartalmaznak [5.49], mely a kolloid részecskék aggregációját eredményezi a részecskék destabilizációja és a destabilizált részecskék transzportja révén. Vizes közegben a kolloid részecskék töltése a részecskék felületén történő ionadszorpcióval értelmezhető, mely során a kolloid részecskék elsősorban anionokat adszorbeálnak és ennek eredményeként negatív töltésűek lesznek. A negatív töltésű kolloid felület így csak pozitív töltésű ionok (kationok) vonzására képes. A kolloidok taszítják egymást. A koaguláció feltétele, hogy a kolloidok közötti taszító erő minimális szintű legyen. Cél a 0 mV zéta-potenciál megközelítése, vagyis az az állapot, melyben a Van der Waals-erők és a kémiai kötőerők az uralkodóak. Erre a célra kémiai derítőszereket használunk, úgy mint az alumínium- és vastartalmú koagulánsok, a szerves polielektrolitok, vegyes szervesszervetlen koagulánsok, de megfelelő módszer lehet az elektrokoaguláció is [5.50] [5.51]. A koagulálás, flokkulálás folyamatai többek között függnek a hőmérséklettől, a pH-tól, a keverés intenzitásától és idejétől. Az Al3+ vegyületek hidrolíziséhez a 5–6,5 pH-tartomány optimális [5.52] [5.53]. Az alumínium-szulfát mellett számos más alumínium vegyületet használnak koagulánsként, mint például alumínium-klorid, polialumínium-klorid, és polialumínium-szulfát [5.54]. A leggyakoribb vastartalmú koagulálószer a vas[III]-klorid, illetve a vas[III]-szulfát, melyek alkalmazásakor kimutatták, hogy amennyiben a pH-értéke 4,5 és 6,0 közötti, a szervesanyag-tartalom csökkentése akár 70%-os hatékonyságú is lehet [5.53]. Koagulációval a szürkevíz újrahasználatával járó kockázat mérsékelhető, hiszen e módszerrel mind a kolloidális és lebegő szervesanyag-tartalom [5.12], mind a mikrobák mennyisége csökkenthető. Kutatásunk során kísérleteket végeztünk a koagulálás optimalizálása céljából, mely kísérletekhez vas[III]-klorid és alumínium-szulfát koagulánsokat alkalmaztunk, mértük a zéta-potenciált, vizsgáltuk annak változását, és az eredményekből megállapítottuk, hogy mikor elégséges az adagolt vegyszer mennyisége. Emellett összehasonlítottuk a kétféle koagulálószer alkalmazhatóságát, valamint a tisztításra gyakorolt hatását. Koagulálószer optimalizálása Kísérleteink során hidrolizáló fémsóként vas[III]-kloridot és alumínium-szulfátot alkalmaztunk, melyet oldat formájában különböző koncentrációban adagoltunk az adott szürkevízmintákhoz. Folyamatosan mértük a zéta-potenciált, vizsgáltuk an193


nak változását, és az eredményekből megállapítottuk, hogy mikor elegendő az adagolt vegyszer mennyisége az optimalis zéta-potenciál eléréséhez. Az általunk használt derítőszerek törzsoldat-koncentrációja 20 g/dm3, melyekből 2, 4, 6, 8 és 10-szeres hígítású oldatokat készítettünk. A keverék szürkevízmintákból mérésenként 100 cm3-es részleteket használtunk, ezekhez adagoltuk a különböző koncentrációjú derítőszereket (5, 10 és 15 cm3), majd 30 másodperces keverés következett mágneses keverővel (ARE Heating Magnetic Stirrer, 4 fokozat). A zéta-potenciál méréséhez 45 ml kezelt vízmintát mértünk ki, majd 5 perc ülepedési idő után a folyadékoszlop 2/3-ad magasságából vettünk minden méréshez mintát. A zéta-potenciál változását a derítőszer mennyiségének függvényében a 5.11. ábra mutatja. Az 5.11. ábrán a zöld szín jelzi azt a tartományt (a zéta-potenciál-érték +5 és –5 mV közé esik), amely már teljesen megfelelő számunkra ahhoz, hogy a vízmintából a kolloid méretű szennyeződés flokkulálódjon, vagyis a szürkevíz derítést követően újrahasznosítható legyen. 50

Zeta-potenciál, mV

40 30 20 10 0 –10 –20 –30

0

20

40 Koagulálószer (mg):

60

80 FeCl3;

1000

120

Al2(SO4)3

5.11. ábra. Zéta-potenciál változása koagulálószerek hatására keverék fürdővízben

A megfelelőnek mondható zéta-potenciál-értéket a fürdővízminta esetén 10 ml 2 g/dm3 koncentrációjú FeCl3-oldat (20 mg FeCl3) adagolásakor értük el (5.11. ábra). Az 5.11. ábrán az is megfigyelhető, hogy alumínium-szulfát alkalmazása esetén több kísérlet vezetett hatékony koaguláláshoz, 10–20 mg közötti Al2(SO4)3 egyaránt megfelelő. A keverék mosóvízminták vizsgálata esetén azt tapasztaltuk, hogy közel egy nagyságrenddel nagyobb mennyiségű koagulálószer szükséges a derítéshez. Vas[III]klorid és alumínium-szulfát alkalmazása során egyránt 10 ml 10 g/dm3 koncentrációjú (100 mg) koaguláns volt szükséges az optimális vízkezeléshez. Koaguláció hatása A szürkevízminták kezelése során FeCl3 és Al2(SO4)3 koagulálószereket alkalmaztunk, melyek optimális mennyiségét a fentebb ismertetett módon határoztuk meg. Fürdés194


ből származó kevert víz esetén 20 ml 2 g/dm3 koncentrációjú FeCl3-oldatot adtunk 200 ml mintához. A mosóvízminta esetén 10 g/dm3 koncentrációjú oldatot mértünk be hasonló arányban. A koagulációt követően a mintákat Filtrak 389 (közepes pórusméretű) papírszűrőn szűrtük, majd összehasonlítottuk az egyes koagulálószerek előbbiekben említett paraméterekre gyakorolt hatását. Az 5.11. táblázat a FeCl3-dal és Al2(SO4)3-tal kezelt minták mért paramétereit mutatja, illetve kontroll mintaként a kevert vízminta értékeit. A fürdő-, illetve a mosóvíz vizsgálata egymást követő vizsgálati sorozatokban történt. A fürdővíz vizsgálatakor azt tapasztaltuk, hogy FeCl3-dal történő kezelés esetén a hűtőben és a 20 °C-on tárolt kevert minta zavarossága és oldott szerves széntartalma között jelentős különbség van. A különbség a zéta-potenciál tekintetében nem figyelhető meg, amiből arra következtethetünk, hogy a hűtött és a 20 oC-on tárolt vizek kezelése során a koagulálószerek hatásában nincs különbség. A fürdővizen végzett vizsgálatok eredményei alapján a mosóvíz vizsgálatakor már FeCl3-dal és Al2(SO4)3-tal is kezeltük mind a hűtött, mind a 20 °C-on tárolt vízmintát. 5.11. táblázat. FeCl3-dal és Al2(SO4)3-tal kezelt minták fizikai és kémiai jellemzői pH

Vezetőképesség (µS/cm)

Zavarosság (NTU)

DOC (mg/l)

z (mV)

Kevert vízminta

7,4

570

28,3

41

–15,2

FeCl3, hűtött minta

6,5

624

0,7

42

–8,91

FeCl3, 20 °C-on tárolt minta

6,3

627

0,2

25

–8,37

Al2(SO4)3, 20 °C-on tárolt minta

6,4

563

0,7

21

–8,57

Kevert vízminta

9,1

2320

138,3

255

–36,4

FeCl3,hűtött minta

3,7

2860

1,9

67,7

–1,16

Al2(SO4)3, hűtött minta

4,7

2520

1,2

102

–0,97


4,1

2770

2,3

82

–3,26


4,7

2480

4,6

95

–0,51

Fürdővíz

Mosóvíz

Az 5.12. ábrán látható, hogy a koagulálószerek hatására szinte kristálytiszta vizet kaptunk. A kevert fürdővízminta zavarossága a kezelés előtt 25 NTU, míg a kezelés után 0,2 és 0,7 NTU (több mint 97%-os csökkenés). A kevert mosóvízminta zavarossága hűtött minták esetén a kezelés előtt 138 NTU volt, mely a FeCl3-dal, és az Al2(SO4)3-tal történő kezelés hatására 99%-os csökkenést mutatott. A 20 °C-on tárolt minták kezelése is hasonló eredményre vezetett, a kezelt víz zavarossága 97%-kal lett kisebb. Az oldott szerves széntartalom a vas-kloriddal történő kezelés hatására 39%-kal, míg az alumínium-szulfátos kezelés hatására 47%-kal csökkent a kevert fürdővízmintában (5.13. ábra). 195

5. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata… Zavarosság 30 25

25,0

NTU

20 15 10 5 0 Kevert vízminta

0,7

0,2

0,7

FeCl3, hűtött vízminta



5.12. ábra. Kevert fürdővíz zavarosságának változása a kezelés során

DOC 45 40

39,8

41,5

35

mg/l

30 24,5

25

21,1

20 15 10 5 0 Kevert vízminta

FeCl3, hűtött vízminta



5.13. ábra. Kevert fürdővíz oldott szerves széntartalmának változása

A mosóvíz kezelésekor nagyobb hatásfokú tisztítást figyeltünk meg. A FeCl3 hatására a hűtött minta 73%-kal, a 20 °C-on tárolt minta pedig 68%-kal kevesebb oldott szerves szenet tartalmazott, az Al2(SO4)3 segítségével pedig 60%-os csökkenést értünk el mind a hűtött, mind a 20 °C-on tárolt mintánál. A fürdővízminta esetén nagyobb mértékű szerves anyag csökkenést az Al2(SO4)3 hatására értünk el, ezzel ellentétben a mosóvíznél a FeCl3 hatékonyabb koagulánsnak bizonyult. A koagulációnak a mikroorganizmusok szaporodására gyakorolt hatását mutatjuk be az 5.14. és az 5.15. ábrán. Az összcsíraszám mindkét mintában 7 lgCFU/ml-ről legalább 2 nagyságrenddel csökkent a kezelés hatására. 196

8

7

7

6

6

5

5

5.14. ábra. Kevert fürdővíz mikrobiális terheltségének változása a kezelés hatására

°C

Al 2 (S O

4

)3 ,

20

20

°C

tt

l 3,

tö hű

Összcsíraszám_72

Fe C

3

Fe C

)3 , 4

Al 2 (S O

T.coliforms_72

Ke

20

°C 20 l, 3

Fe C

tö hű l,

Fe C

3

Ke

Összcsíraszám_72

)3 ,

0

4

0

tö

1 ve ré k

1

°C

2

tt

2

tt

3

hű

3

4

l,

4

Al 2 (S O

lgCFU/ml

8

ve ré k

lgCFU/ml


T.coliforms_72

5.15. ábra. Kevert mosóvíz mikrobiális terheltségének változása a kezelés hatására

Megállapítható, hogy a FeCl3-dal végzett kezelésnél a minta összcsíraszáma és koliform-száma legalább 1 nagyságrenddel kisebb volt összehasonlítva az Al2(SO4)3os kezelés eredményeivel. A hűtött minták kezelésekor azt tapasztaltuk, hogy a mikrobaszám még alacsonyabb, mint a 20 °C-on tárolt mintáknál. Meglepő eredmény, hogy a mosóvízmintáknál a hűtött, FeCl3-dal kezelt mintában nem volt kimutatható mikrobiális terheltség. Mérési eredményeink alapján elmondhatjuk, hogy a fürdő- és a mosóvíz jelentősen eltérnek mind fizikai, mind kémiai paramétereik tekintetében. A mosóvízminták mikrobiális terheltsége 1 nagyságrenddel nagyobb volt, mint a fürdővízmintáké. A minták tárolása során az alapparamétereik jelentős mértékben nem változtak. A szervesanyag-tartalom vizsgálatakor viszont azt tapasztaltuk, hogy a mosóvíz DOC-értéke először növekedett, majd 24 óra elteltével elkezdett csökkenni, míg a fürdővíz esetén egyenletes csökkenés volt megfigyelhető. A szürkevízmintákban jelen lévő mikrobák a tárolás során folyamatosan szaporodtak, 2 nagyságrendnyi növekedés volt látható az összcsíraszám változásában a fürdő- és a mosóvíz esetén egyaránt. A koagulálószerek összehasonlítása során bizonyossá vált, hogy mindkét koaguláns jól alkalmazható szürkevízminták előkezelésére. A fürdővíz oldott szerves szén tartalma esetén hatékonyabb volt az alumínium-szulfát, ám mind a mosóvíz oldott szerves széntartalmát, mind a mikrobák számát nagyobb hatékonysággal csökkentette a vasklorid.

197


5.4. Összefoglalás Vizsgálataink során az Észak-Alföld régió 30 háztartásában modern analitikai módszerek (ionkromatográfia, MP-AES módszer, zéta-potenciál-mérés stb.) alkalmazásával csapadék- és szürkevizek széles körű vizsgálatát végeztük el, hogy ezen vizek újrahasználatát a vizsgált jellemzők alapján feltérképezzük, és segítsük az optimális kezelési megoldások lehatárolását, ezáltal a vízfelhasználás csökkentését és az energiahatékonyság növelését. Célunk volt a két víztípus alkalmazhatóságának összehasonlító vizsgálata, épületen belüli és kívüli újrahasználat céljából. A csapadékvizekkel folytatott vizsgálataink alapján megállapítható, hogy a csapadékesemények rendszertelensége, valamint az éves csapadékösszegek közötti jelentős különbségek miatt az épületek vonatkozásában összegyűjtött csapadékvizek elsősorban kiegészítő szerepben vehetőek figyelembe a vízszükségletek kielégítse során. A vizsgált csapadékminták bemutatott elemzése alapján kijelenthető, hogy azok minőségileg alkalmasak bizonyos vízhasználati igények kielégítésére, továbbá pl. szürkevízzel együttesen alkalmazva azok minőségi paramétereit kedvező irányban befolyásolhatják. Elvégeztük egy általános csapadékhasznosító rendszer beruházásértékelését, arra keresve a választ, hogy anyagi szempontból megéri-e és ha igen milyen feltételek mellett egy ilyen befektetést megvalósítani. Számításaink eredményeképpen azt kaptuk, hogy az általunk vizsgált jelentős átalakításokat nem igénylő lakóépületre vagy egy új építésű ingatlanra a rendszer diszkontált megtérülési ideje kevesebb mint 10 év. A háztartásokban és a különböző típusú épületekben történő vízhasználatok során a szürkevizek a csapadékvízhez képest bár szennyezettebb formában keletkeznek, de kezelésüket követően rendszeres újrahasználatot biztosítanak. Ezen megfontolás alapján különböző eredetű szürkevízminták széles körű elemzését is elvégeztük, hogy vízkezelési megoldásokat elősegítő vizsgálatokkal értékeljünk a források jellemzőit és a vizek hasznosíthatóságát. Megállapítottuk, hogy az általunk alkalmazott analitikai vizsgálati eljárások jól használhatók a szürkevízminták elemzésében. A szürkevízzel kapcsolatos vizsgálati eredmények azt mutatták, hogy a fürdővizek a legkevésbé szennyezettek, így kezelésük és újrafelhasználásra való alkalmassá tételük lényegesen egyszerűbb eljárásokat kíván meg, mint a mosó-, illetve mosogatóvízből származó szürkevizeké. Ezen vizek mikrobiális terheltsége 1 nagyságrenddel jobb, mint a mosó- és mosogatóvizeké. A minták tárolása során esetlegesen bekövetkező változásokat is megvizsgáltuk, és megállapítottuk, hogy a tárolás hatására az alapparaméterek jelentős mértékben nem változnak, a szervesanyag-tartalom viszont a különböző frakciók esetében eltérő változásokat mutatott, mely kapcsán további vizsgálatok elvégzését tervezzük. A szürkevizek minőségi és mennyiségi jellemzőinek vizsgálata alapján a kezelési megoldások közül a mechanikai kezelések önállóan nem érhetnek el kellő tisztítási hatásfokot, így azok kémiai kezelésekkel történő kiegészítése szükséges. Kezdeti kezelési megoldásokra vonatkozó kísérleteinkben különböző koagulálószerek alkalmazásával jelentős minőségi javulást tudtunk igazolni, mely kísérletsorozat jó alapot jelent további vizsgálatainknak. 198

Irodalom

Irodalom [5.1] EC Directive: Directive 2009/28/EC of the Euro. Parl. and of the Coun. of 23 Apr. 2009, on the incineration of waste, on the promotion of the use of energy from renewable sources, Off. J. of the Euro. Comm., L158/230, Brüsszel, 2009 [5.2] Nemzeti Külgazdasági Hivatal, HITA: A Magyar víz- és szanitáció ágazat a XXI. században, Budapest, 2013. Online: www.hita.hu [5.3] Clement A.: Felszíni vizek minősége és terhelhetősége: a vízminőség-szabályozás új feltételrendszere a VKI tükrében. MHT XXVIII. Országos Vándorgyűlés, 2010. július 7–9., Sopron, 2010 [5.4] Gayer J.–Ligetvári F.: Települési vízgazdálkodás, csapadékvíz-elhelyezés. KvVM, Budapest, 2006 [5.5] Csapák A.: Települési vízgazdálkodás, lakossági csapadékvíz-gyűjtés és -felhasználás. Doktori értekezés. ELTE, Budapest, 2009 [5.6] Yuen, E.–Anda, M.–Mathew, K.–Ho, G.: Water harvesting techniques for small communities in arid areas. Water Scien. and Techn., 2001, 44, 189–194. [5.7] Hatt, B. E.–Deletic, A.–Fletcher, T. D.: Stormwater reuse: designing biofiltration systems for reliable treatment. Water Scien. and Techn., 2007, 55, 201–209. [5.8] Li, Z.–Boyle, F.–Reynolds, A.: Rainwater harvesting and greywater treatment systems for domestic application in Ireland. Desalination, 2010, 260, 1–8. [5.9] Forian, S.–Tamas, J.: Temporal of precipitation in Debrecen (Hungary) in the period 1901– 2011. Internat. J. of Geoma. and Geoscien., 2013, 4, 232–241. [5.10] Tisza River Project: Real-life scale integrated catchment models for supporting water- and environmental management decisions. EU FP 5 project (EVK1-CT-2001-00099). Koordinátor: Jolánkai Géza. 2005 [5.11] Elek B.–Makó A.–S. Nagy I.: Utakról lefolyó csapadékvizek elvezetésének környezetvédelmi szempontjai. Magyar Építőipar, 2006, 1, 38–41. [5.12] Ghaitidak, D. M.–Yadav, K. D.: Characteristics and treatment of greywater – a review, Environ. Scien. and Pollut. Res., 2013, 20, 2795–2809. [5.13] Boyjoo, Y.–Pareek, V. K.–Ang, M.: A review of greywater characteristics and treatment processes. Water Scien. & Techn., 2013, 67, 1403–1424. [5.14] A l-Jayyousi, O. R.: Greywater reuse: towards sustainable water management, Desalination, 2003, 156, 181–192. [5.15] Katukiza, A. Y.–Ronteltap, M.–Niwagaba, C. B.–Kansiime, F.–Lens, P. N. L.: Grey water characterisation and pollutant loads in an urban slum. Internati. Environ. Scien. Techn., 2014, Online publikálás: 2014. január 9. [5.16] A llen, L.–Christian-Smith, J.–Palaniappan M.: Overview of Greywater Reuse: The Potential of Greywater Systems to Aid Sustainable Water Management, Pacific Institute, Oakland, California, USA, 2010 [5.17] Matos, C.–Teixerira, C. A.–Duarte, A. A. L. S.–Bentes, I.: Domestic water uses: Characterization of daily cycles in the north region of Portugal. Scien. of the Tot. Environ., 2013, 458–460, 444–450. [5.18] KSH: Magyarország 2012. Xerox Magyarország Kft., Budapest, 2013 [5.19] Böse, K.-H.: Az esővíz hasznosítás. CSER Könyvkiadó és Ker. Kft., Budapest, 2008 [5.20] Morel, A.–Diner, S.: Greywater management in Low and Middel-Income Countries Review of different treatment systems for households or neighbourhoods. Swiss Federal Institute of Aquatic Scien. and Techn. (Eawag), Dubendorf, Switzerland, 2006 [5.21] Penn, R.–Schütze, M.–Friedler, E.: Modelling the effect on-site greywater reuse and low flush toilet on municipal sewer system. J. of Env. Manag., 2013, 114, 72–83.

199

5. Épületek csapadékvizeinek és szürkevizeinek vizsgálata… [5.22] A l-Hamaiedeh, H.–Bino, M.: Effect of treated grey water reuse in irrigation on soil and plants. Desalination, 2010, 256, 115–119. [5.23] Oron, G.–Adel, M.–Agmon, V.–Friedler, E.–Halperin, R.–Leshem, E.–Weinberg, D.: Greywater Use in Israel and Worldwide: Standard and Prospects. Water Res., 2014, 58, 92–101. [5.24] Fifield, F. W.–Haines, P. J.: Environmental Analytical Chemistry. 2nd Edition. Wiley-Blackwell, 2000 [5.25] Jackson, P. E.: Ion chromatography in Environmental Analysis, Encyclopedia of Analytical Chemistry. John Wiley and Sons Ltd., Chichester, UK, 2000, 2779–2801. [5.26] Braga, J. K.–Varesche, M. B. A.: Commercial Laundry Water Characterisation. Amer. J. of Analy. Chem., 2014, 5, 8–16. [5.27] Hernández, Leal L.–Soeter, A. M.–Kools, S. A. E.–Kraak, M. H. S.–Parsons, J. R.–Temmik, H.–Zeeman, G.–Buisman, C. J. N.: Ecotoxicological assessment of grey water treatment systems with Daphnia magna and Chironomus riparius. Water Res., 2012, 46, 1038–1044. [5.28] Broekaert, J. A. C.–Siemens V.: Recent trends in atomic spectrometry with microwave induced plasmas. Spectrochimica Acta, Part B, 2004, 59, 1823–1839. [5.29] EPA: Guidelines for water reuse, Office of Wastewater Management, EPA/600/R-12/618, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, USA, 2012 [5.30] Somogyi, V.–Pitás, V.–Domonkos, E.–Fazekas, B.: On-site wastewater treatment systems and legal regulations in the European Union and Hungary. Agricul. and Environ., 2009, 1, 57–64. [5.31] 90/2008 (VII.18). FVM rendelet a talajvédelmi terv részletes szabályairól [5.32] Ökrös P.: Szürkevíz-hasznosító berendezés. Szabadalom. 2004, szám: 226579B1 [5.33] MSZ 260-3:1973: Szennyvizek vizsgálata. Oldott és lebegőanyag-tartalom meghatározása [5.34] MSZ 448-19:1986: Ivóvízvizsgálat. A bepárlási maradék és az összes oldottanyag-tartalom meghatározása [5.35] MSZ 448-11:1986: Ivóvízvizsgálat. Lúgosság meghatározása titrálással, a hidrogén-karbonátion-, a karbonátion- és a hidroxilion-tartalom kiszámítása [5.36] MSZ 260-5:1971: Szennyvizek vizsgálata. Lúgosság és savasság meghatározása [5.37] Chitikela, S.–Dentel, S. K.–Allen, H. E.: Modified Method for the Analysis of Anionic Surfactants as Methylene Blue Active Substances. Analyst, 1995, 120, 2001–2004. [5.38] Kariuki, F.W.–Ng’ang’a, V. G.–Kotut, K.: Hydrochemical Characteristics, Plant Nutrients and Metals in Household Greywater and Soils in Homa Bay Town, The Open Environ. Eng. J., 2012, 5, 103–109. [5.39] Bozsik S.–Süveges G.–Szemán J.: Vállalati pénzügyek. Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 2013 [5.40] Pálinkó É.–Szabó M.: Vállalati pénzügyek. Typotex, Budapest, 2006 [5.41] Antonopoulou, G.–Kirkou, A.–Stasinakis, A. S.: Quantitative and qualitative greywater characterization in Greek households and investigation of their treatment using physicochemical methods. Scien. of the Tot. Environ., 2013, 454–455, 426–432. [5.42] Couto, E. A.–Calijuri, M. L.–Assemany, P. P.–Santiago, A. F.–Carvalho, I. C.: Greywater production in airports: Qualitative and quantitative assessment. Resources, Conservation and Recycling, 2013, 77, 44–51. [5.43] Eriksson, E.–Auffarth, K.–Henze, M.–Ledin A.: Characteristics of Grey Wastewater. Urban Water, 2002, 4, 85–104. [5.44] Friedler, E.: Quality of individual domestic greywater streams and its implication for on-site treatment and reuse possibilities. Environ. Techn., 2004, 25, 997–1008. [5.45] Kulabako, N. R.–Ssonko, N. K. M.–Kinobe, J.: Greywater characteristics and reuse in tower gardens in peri-urban areas – experiences of Kawaala, Kampala, Uganda. Open Environ. Eng. J., 2011, 4, 147–154. [5.46] Eriksson, E.–Donner, E.: Metals in Greywater: Sources, Presence and Removal Efficiencies. Desalination, 2009, 248, 9, 271–278.

200

Irodalom [5.47] Winward, G. P.–Avery, L. M.–Frazer-Williams, R.–Pidou, M.–Jeffery P.–Stephenson, T.–Jefferson, B.: A study of the microbial quality of grey water and an evaluation of treatment technologies for reuse. Eco. Engi., 2008, 32, 187–197. [5.48] Jefferson, B.–Laine, A.–Parsons, S.–Stephenson, T.–Judd, S.: Technologies for domestic wastewater recycling. Urban Water, 1999, 1, 285–292. [5.49] Jefferson, B.–Palmer, A.–Jeffrey, P.–Stuetz, R.–Judd S. J.: Greywater characterisation and its impact on the selection and operation of technologies for urban reuse. Water Scien. and Techn., 2004, 50, 157–164. [5.50] Sostar-Turk, S.–Petrinic, I.–Simonic, M.: Laundry wastewater treatment using coagulation and membrane filtration. Resour. Conserv. Recy., 2005, 44, 185–196. [5.51] Sharp, E. L.–Parsons, S. A.–Jefferson, B.: The impact of seasonal variations in DOC arising from a moorland peat catchment on coagulation with iron and aluminium salts. Environ. Pollut., 2006, 140, 436–443. [5.52] Chow, C. W. K.–van Leeuwen, J. A.–Fabri, R.–Drikas, M.: Optimised coagulation using aluminium sulfate for the removal of dissolved organic carbon. Desalination, 2009, 245, 120–134. [5.53] Uyak V.–Toroz I.: Disinfection by-product precursors reduction by various coagulation techniques in Istanbul water supplies. J. of Hazar. Mater., 2007, 141, 320–328. [5.54] Zhang, F.–Wang, Y.–Chu, Y.–Gao, B.–Yue, Q.–Yang, Z.–Li, Q.: Reduction of organic matter and trihalomethane formation potential in reclaimed water from treated municipal wastewater by coagulation and adsorption. Chem. Eng. J., 2013, 223, 696–703.

201

6. A biomassza és a földhő energetikai felhasználásának környezeti hatásai

6.1. Bevezetés A környezetkímélő energiatermelés és -fogyasztás a környezetvédelem kulcskérdése. Mivel minden gazdasági (termelő- és fogyasztó) tevékenységhez energiára van szükség, joggal állíthatjuk, hogy ha a társadalom megoldja a környezetkímélő energiához való hozzájutást, hatalmas lépést tesz a természeti környezet megóvása felé. Az elmúlt évszázadban mind világméretekben, mind pedig hazánkban meghatározó volt a fos�szilis tüzelőanyagok használata, és globális léptékben, valamint Magyarországon sem látszik lényeges elmozdulás ezen a téren, holott a nemzetközi próbálkozások a helyzet javítására, különösen az Európai Unióban figyelemre méltóak. Ma már közismert, hogy a fosszilis tüzelőanyagok elégetésével hatalmas mennyiségű üvegházgáz (ÜHG) kerül a légkörbe. MacKay [6.1] szerint az ezredfordulón évente mintegy 34 Mrd tonna CO2-egyenértékű ÜHG került az atmoszférába. A 6.1. ábrán azt is megfigyelhetjük, hogy az egy főre jutó emisszió Észak-Amerikában a legnagyobb, utána pedig Európa következik. Észak -Amerika

eá

20

10

0

Áz

5

sia

Eu ró pa

15

Afrika Szaharától délre fekvő része

Kö ze lDé Kele té l Kö -A zé me s És p- rik za Am a kAf er rik ik a aé sa Ka rib i-t ér sé g

Óc

Üvegház szennyezés (CO2e/év/fő)

ni

a

25

0

1

2

3 Népesség (milliárd fő)

4

5

6

6.1. ábra. A légköri üvegházgáz-szennyezés egy főre eső éves értéke a világ nagy régióiban az ezredfordulón Forrás: [6.1]

203


Az ÜHG-emisszió nagyban befolyásolja a Föld klímájának változását: az IPCC jelentései (2007, 2014) szerint a globális klímamodellek és a mért meteorológiai adatok alapján is egyre nagyobb bizonyossággal állítható, hogy a globális felszíni középhőmérséklet emelkedését nagyrészt az antropogén ÜHG-emisszió okozza. A klímaváltozás mellett a fosszilis tüzelőanyagok elégetése növeli a légköri savas ülepedés mértékét is, hisz a keletkező szén-dioxid, kén-dioxid és a nitrogén-oxidok a légkörben mindig jelen lévő vízzel savakat alkotnak, s ezek ülepedése hozzájárul környezetünk elsavasodásához. Mindez indokolja, hogy az emberiség az eddigieknél környezetkímélőbb energianyerési formák használatával próbálja csökkenteni a káros gázok kibocsátását. Ez a jelenlegi energetikai törekvések alapján három úton lehetséges. 1. A megújuló energiák minél szélesebb körű használata. 2. Az atomenergia előtérbe helyezése. 3. Az energiahatékonyság növelése, s ezáltal az energiaigény csökkentése vagy szinten tartása. Kutatócsoportunk a megújuló energiák használatának hazai lehetőségeivel, illetve két területen: a biomassza és a földhő hasznosításának területén a környezeti hatások vizsgálatával kíván foglalkozni. A klímavédelemmel kapcsolatos nemzetközi egyezmény (ENSZ Éghajlatváltozási Keretegyezmény, 1992, New York – Rio de Janeiro) alapján a Kiotói Jegyzőkönyv (1997) nagy lendületet adott a megújuló energiák használatának az energetika minden területén. Az Európai Unió országai Kiotóban 2012ig 8%-os ÜHG-emisszió-csökkenést vállaltak (globálisan 5,2%-os csökkentést kívántak elérni), majd ennek folytatásaként 2012–2020 közötti időszakra további 20%-os emissziócsökkenést terveztek. Hazánk is ilyen mértékű mérséklést vállalt, továbbá azt tervezi, hogy a megújuló energiaforrások használatának arányát 13%-ra növeli. Globális szinten a durbani (2011), a dohai (2012), majd a varsói (2013) klímakonferencián nem sikerült konkrét megállapodásra jutni a további kibocsátáscsökkentésről. Eredménynek tekinthető, hogy folytatható marad a kiotói folyamat, azaz a résztvevők megerősített mandátummal tárgyalhatnak az ÜHG-kibocsátás csökkentésének konkrét vállalásairól. Egyelőre a tervezett vállalások messze elmaradnak a tudományos elemzések alapján szükségesnek tartott mértéktől [6.2]. Az IPCC szerint a fejlett országok részéről a legfeljebb 2 °C-os hőmérséklet-növekedési korláthoz 25–40%-os kibocsátáscsökkentésre lenne szükség. A terv az, hogy 2015-re elkészüljön és 2020-ra hatályba lépjen egy új, a korábbinál szigorúbb megállapodás. Mindezek hatással vannak a témával kapcsolatos tudományos kutatásokra is. A fosszilis tüzelőanyagok használatából fakadó káros hatásokat évtizedeken át alaposan kutatták [6.3]. A megújulók környezeti hatásainak vizsgálata eddig kevésbé volt hangsúlyos, bár az utóbbi években ezzel is egyre többen foglalkoznak, immár az épületek vonatkozásában is [6.4] [6.5] [6.6] [6.7]. A mi kutatásaink egy része ebbe az irányba mutat. Magyarország a megújuló energiaforrásokból ténylegesen nyerhető energia (az ún. technikai potenciál) terén elég jól áll, ugyanakkor a technikai potenciálnak csak mintegy hetedrészét használjuk. A megújulók közül a legnagyobb potenciált a biomassza képviseli (legalább 200 PJ/év, egyes publikációk 300 PJ/év feletti értéket adnak meg [6.8], és a tényleges felhasználásban is ez a domináns megújuló energia. Meg kell 204

6.2. Célkitűzések

jegyeznünk, hogy miután a biomassza-hasznosítás túlnyomó részét a tűzifa és a faipari melléktermékek adják, a hasznosítás mértékének vizsgálatánál az erdők fatömeg-gyarapodását is figyelembe kell venni [6.8] [6.9]. A megújulók technikai potenciáljának második helyén a geotermikus energia áll (kb. 50 PJ/év). Egyrészt ez indokolja, hogy ezzel az energiaforrással is foglalkozzunk, másrészt az a tény is emellett szól, hogy ezzel kapcsolatban kevesebb a környezeti hatásokra vonatkozó adat [6.10]. A szél- és vízenergia, valamint a hasznosítható napenergia technikai potenciálja lényegesen elmarad az előzőkben említett két megújuló energiához képest, ezért ezekkel nem foglalkozunk.

6.2. Célkitűzések Fenntartható és környezetkímélő energiahasználat csak a megújuló energiaforrások minél nagyobb arányú felhasználásával lehetséges. Ezek optimális felhasználásának vannak technikai és környezeti feltételei is. Kutatásunk legalapvetőbb célkitűzése, a megújuló energiahordozók optimalizált integrálásának tudományos megalapozása csak a felhasznált energiák és az azokat átalakító, felszabadító technikák környezeti hatásainak becslésével lehetséges. Felfogásunk szerint ugyanis az optimalizálás magában foglalja a nemkívánatos környezeti hatások minimalizálásának szükségességét is. Korunkban egyre nagyobb jelentőségre tesz szert mindennemű gazdasági tevékenység ökológiai optimalizálása, amely átfogó szemlélettel veszi figyelembe a hozzájuk kapcsolódó nyersanyag-felhasználásra, a környezeti elemekre és a bioszférára gyakorolt hatásokat. A környezeti menedzsment egyik egyre több területen alkalmazott eszköze az életciklus-elemzés (LCA), más néven „bölcsőtől a sírig” analízis, illetve a hasonló eljárást jelentő ökológiai mérleg, amelynek során megpróbáljuk számszerűsíteni, de legalábbis megbecsülni, hogy egy termék előállítása során, annak elosztásán, felhasználásán át a hulladékként való lerakásáig milyen környezeti terhekkel jár. Az ipari gyártó cégek az LCA használatától annak igazolását várják, hogy környezetvédelmi szempontból termékeik a legkiválóbbak. A környezetvédők pedig az LCA-ban látják a segítséget ahhoz, hogy szakmailag megalapozott környezetvédelmi döntések születhessenek a termékek által okozott környezeti hatások jellemzéséhez. A biomassza és a földhő energetikai felhasználása kapcsán a fentebb bemutatott általános célkitűzéseket négy konkrét kutatási témában kívánjuk megvalósítani. a) A szilárd biomassza égetésével kapcsolatos környezeti hatások vizsgálata Hazánkban a megújuló energiaforrások közül a szilárd biomassza hasznosításának vannak a legrégebbi hagyományai, és a lakosság által felhasznált megújuló energiák közül ez képviseli a legnagyobb arányt, 2007-ben 88%-ot (6.2. ábra). Kutatásaink ezen a területen arra irányultak, hogy a fafűtés során kibocsátott CO2 mennyiségét meghatározzuk, és összehasonlításokat végezzünk a hazánkban elterjedt földgázfűtés során kibocsátott CO2 mennyiségével. Ez az alapvető célkitűzés két további feladat megvalósítását tette szükségessé. 205

6. A biomassza és a földhő energetikai felhasználásának környezeti hatásai geotermikus; 7% szilárd biomassza; 88%

bioüzemanyag; 2% szél; 1% víz; 1% biogáz; 1%

6.2. ábra. A lakossági megújulóenergia-felhasználás megoszlása Magyarországon 2007-ben Forrás: Energiaklub, 2008.

Módszert kellett kidolgoznunk a fafűtés CO2-kibocsátásának meghatározásához, mivel a szakirodalomban található módszerek becslés-jellegűek, nem elég pontosak. Másrészt a fatüzelésnél számításba kellett vennünk azoknak az erdőknek a CO2nyelő képességét, ahonnan az elégetett fa származik. Az elvégzett számítások alapján célul tűztük ki az erdőterülettel rendelkező és az azzal nem rendelkező háztartások kibocsátási egyenlegének meghatározását és ennek hatását az üvegházgázok növekedésére. b) Biogáz-kiserőművek életciklus-elemzése szénlábnyomszámítással Ehhez nagy mennyiségű és sokrétű információt kell összegyűjteni a környezetbe kerülő s a környezetből igénybe vett anyagokról, miközben a termék teljes életciklusát szem előtt kell tartani. A kapcsolódó folyamatok kombinációja során regisztrált kimeneti és bemeneti mennyiségek képezik az életciklusleltárt. Következő lépésként egy hatás-analízisben meg kell vizsgálni az egyes anyagféleségek felszabadulása, felvétele által keltett különféle környezeti hatásokat. Ehhez szénlábnyomszámítást végzünk, amellyel bemutatjuk a termékek, szolgáltatások, gyártási folyamatok összes szén-dioxid- és egyéb ÜHG-kibocsátását, feltárva a direkt és az indirekt kibocsátási forrásokat, az épületek fűtésétől egészen a dolgozók bejárásáig. Egy termék szénlábnyomán az egész termelési folyamaton, a termék alapanyagának az előállításától a használat utáni lerakásáig, a levegőbe kerülő ÜHG mennyiségét értjük. 206

6.3. A szilárd biomassza égetésével kapcsolatos környezeti hatások vizsgálata

Az egyszerűség kedvéért az eredményeket CO2 tonnában (vagy kg) adjuk meg, ugyanis a Globális Felmelegedési Index segítségével valamennyi ÜHG konvertálható CO2-egyenértékre (CO2e), majd ezeknek az összeadásával adható meg az összkibocsátás. Kutatásaink során mezőgazdasági eredetű fő- és melléktermékeket, valamint hulladékokat hasznosító biogáz-kiserőmű klímaváltozásra gyakorolt hatását vizsgáljuk. A vizsgálat tárgya a tiszaszentimrei biogázerőmű. c) A geotermikus energiahasznosítás környezeti hatásai Vizsgálatokat végzünk a geotermikus energia épületek fűtésére történő hasznosításával kapcsolatban a kinyerhető energia és a környezeti hatások szempontjából, különös tekintettel a rohamosan növekvő számú hőszivattyús rendszerekre, vizsgálva a primer oldali hőmérséklet-változás és a CO2-kibocsátás kérdéskörét matematikai modellek segítségével. Vizsgáljuk a nyári hőbetáplálás szerepét az energiaegyensúly visszaállításában. Elemezzük a nyílt és zárt rendszerek üzemeltetése során keletkező környezeti problémákat, rangsorolva azokat, segítve az alternatívák közötti választás folyamatát. d) Városi környezeti hatások kutatása geoinformatikai és távérzékelési módszerekkel Alapvető célkitűzésünk a mesterséges felületek, elsősorban épületek vizsgálata abból a szempontból, hogy egyes tetőtípusokat elkülönítsünk (pala, hullámlemez, cserép, panelházak tetőszigetelése stb.). Kutatásaink során hiperspektrális technológiát alkalmazunk. Az 1 m-es felbontás lehetővé teszi, hogy a lerepült területen egy épülettető-kataszter készítését megalapozzuk. Célunk az is, hogy minél változatosabban beépített területen végezzük el a lerepülést. Ezért Debrecen északi részén egy közel K–Ny-i irányú mintaterületet jelöltünk ki, amely magában foglalt téglaépítésű lakóparkot, kertes családi házas területet, többféle panelépületet és nagyméretű cseréptetős intézményi épületeket is. A vizsgálat alapvető céljain túl meghatározzuk az épületek geometriai adatait, következtetünk az épületek anyagi minőségére.

6.3. A szilárd biomassza égetésével kapcsolatos környezeti hatások vizsgálata 6.3.1. Bevezetés A CO2-emisszió egy formájának, a fafűtésből származó kibocsátásnak a vizsgálatát azért tűztük ki célként, mert a szegény országokban a háztartások nagy arányban használják ezt a fűtési módot, sőt a viszonylagosan fejlett országokban, mint Magyarország is, nő a szegények aránya, és különösen az elmaradottabb vidéki régiókban a fafűtés dominánssá kezd válni. Egy háztartásnak a tűzifa elégetésével kibocsátott 207


CO2 mennyiségét akkor tudjuk reálisan megítélni, ha azt is figyelembe vesszük, rendelkezik-e erdővel, s ha igen, az mekkora területű, milyen fafaj alkotja, s ezek következtében milyen a háztartáshoz tartozó erdő CO2-nyelő képessége. A fosszilis tüzelőanyagok árának növekedésével egyre többen térnek át a fatüzelésre. Kutatásunk során kétféle vizsgálatot végeztünk. 1. Elemeztük egy kelet-magyarországi falu (Milota) 22 háztartásának éves tűzifafogyasztását és az ebből származó CO2-kibocsátásukat a 2010/2011-es fűtési idényben. A légköri CO2-növekedés szempontjából értékeltük az erdőterülettel rendelkező és azzal nem rendelkező háztartások kibocsátását. 2. További munkánk során a földgáz és fatüzelésű háztartások CO2-kibocsátását vizsgáltuk a 2011/2012-es fűtési idényben. Vizsgálatunk célja az volt, hogy közel hasonló fűtött területtel és légtérfogattal rendelkező földgáz- és fafűtéses háztartások CO2-emisszióját hasonlítsuk össze, figyelembe véve a fafűtéses vidéki házakhoz tartozó erdők szén-dioxid-nyelő képességét is.

6.3.2. A vizsgált helyszínek bemutatása Az első kutatásunk Milota településén zajlott, ahol 22 háztartásnak vizsgáltuk meg az éves tűzifafogyasztásból származó CO2-kibocsátását. Magyarország keleti és északkeleti régiói a legelmaradottabb területek, ahol a falvakban a fafűtésű házak aránya 50% fölött van. A magyar településszerkezetben az összes, 3152 település közül 55,1%ot tesznek ki az 1000 főnél kevesebb lakosú települések [6.11]. Különösen jellemző ez a méret az általunk vizsgált régióban, ezért egy 880 lakosú falut (Milota) választottunk ki vizsgálataink helyszínéül. Milota 880 lakosú falu az ukrán-magyar országhatár közelében. A faluban 320 ház van, de ebből 10 lakatlan, 310 házban 325 háztartás működik több generáció együttélése miatt. A háztartások átlagos létszáma 2,7 fő. Az épületek mintegy 30%-a jellemzően 70 m2-nél kisebb alapterületű, vályogból épült (bár néhány nagyobb alapterületű vályogház is épült a faluban), 70%-a pedig téglafalú vagy szilikát blokkból épült. A nyílászárók hagyományos fatokos szerkezetűek, a jól záró műanyag nyílászárók még nem terjedtek el. A házak 18%-át csak szilárd tüzelőanyaggal lehet fűteni, 80%-ában azonban műszakilag lehetőség van földgázzal és szilárd tüzelőanyaggal egyaránt fűteni. A földgáznak az utóbbi években bekövetkezett áremelkedése oda vezetett, hogy a földgázt szinte kizárólag főzésre használják. Így tehát a házak fűtése a faluban több mint 90%-ban a ma legolcsóbb fűtőanyaggal, tűzifával történik. A második vizsgálatot a 2011/2012-es fűtési idény adatai alapján végeztük. Itt már nemcsak fafűtéses háztartásokat, de további 8 földgázfűtéses háztartást is bevontunk a kutatásba, tehát ebben a fűtési idényben összesen 30 háztartás (22 fafűtéses és 8 földgázfűtéses háztartás) fűtéséből származó CO2-kibocsátást vizsgáltuk. A vizsgálatba bevont gázfűtéses háztartások Borsod-Abaúj-Zemplén (Miskolc), Hajdú-Bihar (Debrecen) és Szabolcs-Szatmár-Bereg megye (Nyíregyháza, Nagydobos, Fehérgyarmat, Szatmárcseke, Tiszabecs) településein találhatóak (6.3. ábra). Ez a méréssorozat napi méréseken alapult, azaz a lakók minden fűtési napon feljegyezték a gázfogyasztásukat. 208

6.3. A szilárd biomassza égetésével kapcsolatos környezeti hatások vizsgálata

6.3. ábra. A vizsgálatba bevont települések elhelyezkedése

6.3.3. A szén-dioxid-kibocsátás számításának menete 6.3.3.1. Fafűtés esetében Mivel a fafűtés során kibocsátott CO2-mennyiségnek kiszámításához ez idáig csak becslések álltak rendelkezésre, így kutatócsoportunk egy módszert dolgozott ki ennek pontos számításához. A kiválasztott 22 háztartás közül 12 saját erdővel rendelkezik, ezek mérete 0,025 ha és 6,3 ha között változik. Ezt a tényt a számítások végén figyelembe vettük. A háztartásokban felhasznált tűzifa átlagos nedvességtartalmát hevítéses módszerrel határoztuk meg: a famintákat 105 ˚C-on súlyállandóságig szárítottuk szárítószekrényben, a méréseket táramérlegen végeztük el 0,2%-os pontossággal. A hamuban maradt, el nem égett szén mennyiségét káliumbikromátos módszerrel határoztuk meg. A kibocsátott CO2 mennyiségét minden háztartás esetében az abszolút száraz tűzifa átlagos széntartalma alapján a C + O2 = CO2 égési reakció atomtömeg-arányainak figyelembevételével számítottuk ki. A nedvességmentes tűzifa C-tartalma fafajtánként 38–42% között változik [6.12]. Akácfa esetében az átlagos 40%-os C-tartalommal számoltunk. A továbbiakban a számítás menete a következő. Az elégetett nedves (külön209


böző mértékben előszárított) fa víztartalmának ismeretében kiszámítottuk a vízmentes fa tömegét: Md = Mw – MH2O, ahol Md = a vízmentes fa tömege Mw = a nedves tűzifa tömege MH2O = a tűzifa víztartalma Ezután a tűzifa elégetésével keletkezett CO2-t az alábbi összefüggések alapján számítottuk: Mc = 0,4 Md, ahol Mc = a tűzifa széntartalma Majd: ΣCO2 = Mc + 2,666 Mc A 2,666-os faktor a két oxigénatom és az egy szénatom tömegarányából (32:12) adódik [6.13]. A fentiek alapján háztartásonként meghatároztuk a kibocsátott CO2 mennyiségét. Ezek után kiszámítottuk az egyes erdők éves CO2-nyelő képességét a következő módon: uralkodóan akácerdőkről van szó, ennek megfelelően Somogyi [6.14] számítógépes modelljét vettük alapul. A szerző szimulációs modellje szerint egy magyarországi akácerdő hektáronkénti széntárolása 40 év alatt átlagosan 80 tonna, vagyis évente 2 t/ha. Ezt CO2-re számolva 1 ha akácerdő 1 év alatt átlagosan 7,33 t CO2-t köt meg. A szénemisszió és -megkötés arányának vizsgálatakor ezt az értéket vesszük alapul.

6.3.3.2. Földgázfűtés esetében A földgáz tipikus összetétele a következő: metán (97%), etán (0,919%), propán (0,363%), bután (0,162%), szén-dioxid (0,527%), oxigén (0–0,08%), nitrogén (0,936%), nemesgázok (nyomelemként) [6.2]. 1 m3 szobahőmérsékletű földgáz (SATP-állapotú gáz) tökéletes égésekor a következőképpen számítjuk ki a földgáz CO2-emisszióját: ◆ A SATP-állapotú földgáz 298,15 K (25 °C) hőmérsékletű és 1 bar (100 000 Pa) nyomású. ◆ A SATP-állapotú tökéletes gáz moláris térfogata Vm = 24,790 l * mol–1. ◆ 1 m3, azaz 1000 liter SATP-állapotú CO2 1000 [l]/24,790 [l*mol–1] = 40,338 mólt tartalmaz. ◆ Emiatt 1 m3 SATP-állapotú CO2 40,338 [mol] * 44 [g/mol] = 1774,909 g azaz 1,775 kg. Tehát 1 m3 SATP-állapotú metán teljes elégetésekor 1,775 kg CO2 keletkezik [6.15]. Mivel a földgáz 97%-ban metánt tartalmaz, így a további számításainkban ezt az értéket vettük alapul.

6.3.4. A vizsgált háztartások tűzifafogyasztása és CO2-emissziója egy év alatt A felmérésbe bevont 22 háztartás mért és számított adatait az 6.1. táblázatban foglaltuk össze. 210

6.3. A szilárd biomassza égetésével kapcsolatos környezeti hatások vizsgálata 6.1. táblázat. Jellemző milotai háztartások tűzifafogyasztása és CO2-emissziója egy fűtési idény alatt (2010–2011) Háztartás

Md (kg)

Mc (kg)

CO2emiszió (kg)

Erdő területe (ha)

Elnyelt CO2 (kg)

CO2egyenleg

CO2 (kg) / fő

CO2 / fűtött terület (kg/m2)

a

9400

3760

13 780

0

13 780

6890

130

b

7450

2980

10 920

0

10 920

2730

40

Száma

Fal anyaga

1 2 3

a

4910

1960

7200

2,000

14 660

–7460

3600

86

4

b

12 900

5160

18 910

0

18 910

4720

71

5

a

8070

3230

11 830

0,550

4030

7800

1480

45

6

b

18 540

7420

27 190

0,750

5500

21 690

13 600

46

7

b

3440

1376

5040

1,250

9160

–4120

2520

36

8

b

6280

2510

9210

0

9210

4600

33

9

a

3690

1476

5410

0,025

180

5230

5410

117

10

a

2770

1108

4060

0

4060

2030

56

11

b

4140

1656

6070

0

6070

6070

90

12

b

2510

1000

3680

0

3680

1230

19

13

a

4130

1650

6050

0,250

1830

4220

3030

22

14

a

3270

1308

4790

0

4790

4790

100

15

a

5450

2180

7990

0

7990

2660

32

16

b

8280

3310

12 140

0

12 140

4050

27

17

b

17 260

6900

25 310

3,200

23 460

1850

6330

68

18

b

11 470

4590

16 830

6,300

46 180

–29 350

8420

57

19

a

2790

1116

4090

1,200

8800

–4710

4090

61

20

b

7910

3160

11 590

1,200

8800

2790

2900

50

21

b

12 710

5080

18 630

5,000

36 650

–18 020

9320

57

22

b

10 570

4230

15 500

6,300

46 180

–30 680

3100

54

a (adobe) = vályog; b (brick) = tégla

A kis vályog épületekben az éves tűzifafogyasztás (egy kivétellel) 4–8 t között változik. Az egyetlen kivétel az 1. sz. lakás, ahol az idős lakók viszonylag jobb anyagi körülmények között élnek, s ezért, valamint a meleg iránti különleges igényük miatt az átlagosnál lényegesen magasabb (27–29 ˚C) hőmérsékletet tartanak a lakásukban, ami az éves fafogyasztáson (9,4 t) jól látszik. Ezzel ellentétes példát figyelhetünk meg a 7. és a 12. sz. háztartásban, ahol kifejezetten takarékosan bánnak a tűzifával: alacsonyabb hőmérsékletet tartanak a fűtött szobákban (18–20 ˚C) és nem fűtik az egész lakást. A 12. lakás nagyon takarékos tűzifa-felhasználását egy modern, nagyon hatékony kazán használata is segíti. A vizsgálatban részt vevő háztartások összesített paraméterei a 6.2. táblázatban találhatóak. 211

6. A biomassza és a földhő energetikai felhasználásának környezeti hatásai 6.2. táblázat. A vizsgálatba vont házak összesített paraméterei a fal anyaga szerint (számtani átlag ± standard hiba; p<0,05) Paraméterek

Vályog

Tégla

Szignifikancia (effect size)

Fűtött térfogat (m3)

134,2 ± 32,5

290,2 ± 36,4

0,001 (–0,72)

Fűtött terület (m2)

52,6 ± 12,1

105,1 ± 13,1

0,006 (–0,51)

Falmagasság (m)

2,49 ± 0,05

2,76 ± 0,02

0,004 (–0,58)

Nyugdíjasok tulajdona (%) Elégetett fa (kg/év)

66,6

38,4

–

7060 ± 1220

12 840 ± 200

0,050 (–0,41)

A CO2-kibocsátást a háztartások felénél csökkenti a tulajdonukban lévő erdők CO2-nyelése. Néhány lakás CO2-kibocsátását teljes egészében kompenzálja a család tulajdonában lévő erdő CO2-nyelése. Abszolút értékben a legnagyobb CO2-nyelést a 18. és a 22. háztartás erdei biztosítják (46,18–46,18 t). Ezek a háztartások jelentős tartalékkal rendelkeznek a CO2-megkötés terén. A 6.1. táblázatban a negatív előjelű számok mutatják a CO2-nyelés tartalékait háztartásonként. A 22-ből 6 ilyen háztartás van. A 22 háztartás összes CO2-kibocsátása és a családok összes erdeinek CO2-megkötő képessége között 40,79 t különbség van, vagyis a 22 háztartás nettó CO2-emissziója egy év alatt 40,79 t. Ez azt is jelenti, hogy a háztartások bruttó kibocsátásának 83,4%át megkötik az általuk birtokolt erdők, így a nettó emisszió az összes keletkezett CO2 16,6%-a. Itt megjegyezzük, hogy Magyarország összes erdeinek CO2-megkötő képessége a háztartások összes kibocsátásának 48,6%-a, vagyis a nettó emisszió 51,4% [6.16].

6.3.5. A fa- és gázfűtéses háztartások CO2-kibocsátásának összehasonlítása A háztartások CO2-kibocsátásának az összehasonlításához hasonló fűtött területű és légtérfogatú fa- (4 db) és gázfűtéses (4 db) háztartásokat választottunk ki. A 4 fafűtéses háztartás (12., 13., 17. és 20. számú a 6.3. táblázatban) Milotán helyezkedik el, míg a gázfűtéses háztartások (6.4. táblázat) Nagydoboson (24.), Nyíregyházán (25.), Tiszabecsen (28.) és Debrecenben (29.) találhatóak. Az Országos Meteorológiai Szolgálat adatai alapján a 2011/2012-es fűtési idényben a vizsgált településeken a fűtési idény átlaghőmérséklete nem mutat nagy különbségeket (3–4 C° között mozog). Az összehasonlításokat a következőképpen végeztük el: a 12. fafűtéses háztartás kibocsátását a 24. számú gázfűtéses háztartás CO2-kibocsátásával hasonlítottuk össze. A 13. fafűtéses háztartást a 25. gázfűtéses háztartással, a 17. fafűtésest a 28. gázfűtésessel, valamint a 20. fafűtéses háztartást a 29. számú gázfűtéses háztartás kibocsátásával vetettük össze. A 70 m2 fűtött területű és 196 m3 térfogatú 12. számú fafűtéses háztartás CO2emissziója 4800 kg. A közel hasonló fűtött területű és térfogatú (66 m2 és 178 m3) 24. zámú gázfűtéses háztartás CO2-kibocsátása ezzel ellentétben csupán 2106,9 kg, tehát kevesebb mint fele a majdnem azonos fűtött területtel rendelkező fafűtéses háztartásnak. 212

6.3. A szilárd biomassza égetésével kapcsolatos környezeti hatások vizsgálata 6.3. táblázat. Kiválasztott fafűtéses háztartások CO2-emissziója a 2011/2012-es fűtési idényben Fűtött terület (m2)

Ház


Elégetett fa (kg)

CO2-emisszió (kg)

1 főre jutó CO2 (kg/fő)

1 m3 fűtött térfogatra jutó CO2 (kg/m3)

12.

70

196

4000

4800

1600

24

13.

100

275

8000

7360

3680

27

17.

138

373

15 000

18 170

4540

49

20.

80

232

15 000

14 280

3570

62

Átlag

97

269

10 500

11 152,5

3347,5

40,5

6.4. táblázat. Kiválasztott gázfűtéses háztartások CO2-emissziója a 2011/2012-es fűtési idényben Ház

Fűtött terület (m2)


Gázfogyasztás (m3)

CO2-emisszió (kg)

1 főre jutó CO2 (kg/fő)

1 m3 fűtött térfogatra jutó CO2 (kg/m3)

24.

66

178

1187

2107

527

10,1

25.

100

270

1353

2402

600

8,9

28.

130

351

2332

4139

886

10,9

29.

87

235

1822

3234

1617

11,8

Átlag

95,75

258,5

1673,5

2970,5

907,5

10,4

Ha az összehasonlítást elvégezzük a 13. számú 100 m2-es fűtött területű fafűtéses háztartás és a 25. számú szintén 100 m2-es fűtött területű gázfűtéses háztartás között, akkor azt láthatjuk, hogy a fafűtéses háztartás több mint háromszor annyi CO2-t bocsát a légkörbe, mint a gázfűtéses háztartás. A 17. számú fafűtéses háztartás CO2-emissziója 18 170 kg volt. Azonban a hasonló alapterületű 28. számú gázfűtéses háztartás kibocsátása csupán 4139,3 kg. Tehát a fafűtéses háztartás több mint négyszer annyi szén-dioxidot juttatott a légkörbe, mint a vele majdnem azonos fűtött területtel rendelkező gázfűtéses háztartás. A 20. számú fafűtéses háztartás és a 29. számú gázfűtéses háztartás összehasonlítása során hasonló eredményre jutottunk. A 6.3. és 6.4. táblázat adatai alapján egyértelműen kijelenthetjük, hogy a gázfűtéses háztartások jóval kevesebb CO2-t bocsátanak a légkörbe, mint a fafűtéses háztartások. Azonban ha figyelembe vesszük a fafűtéses háztartások lakóinak tulajdonában álló erdőterületek CO2-nyelő képességét, akkor a fafűtéses háztartások CO2-egyenlege megváltozik (6.5. táblázat). A 12. számú háztartás kivételével mindegyikhez tartozik valamennyi erdőterület. A 13. számú háztartás 0,25, a 17. számú háztartás 3,2, a 20. számú háztartás pedig 1,2 hektár erdőterülettel rendelkezik. 6.5. táblázat. A fafűtéses háztartások CO2-egyenlegének változása az erdőterületek függvényében Ház

CO2-emisszió (kg)

Erdőterület (ha)

Elnyelt CO2 (kg)

13.

7360

0,25

1830

CO2-egyenleg (kg) 5530

17.

18 170

3,2

23 460

–5290

20.

14 280

1,2

8800

5480

Átlag

13 270

1,55

11 363,3

1906,6

213


A négy kiválasztott fafűtéses háztartás összesen 44 610 kg CO2-t juttatott a légkörbe. Ha figyelembe vesszük a három háztartáshoz tartozó erdőterületek CO2-nyelő képességét, akkor ez az összeg jelentősen lecsökken, hiszen a 4,65 hektár erdőterület számításaink szerint összesen 34 090 kg CO2-t abszorbeált. Így a fafűtéses háztartások CO2-emissziója 10 520 kg-ra csökken. A négy földgázfűtéses háztartás CO2kibocsátása 11 881,7 kg.

6.4. Biogáz-kiserőművek környezeti hatása szénlábnyomszámítással 6.4.1. Bevezetés Számos kutatás foglalkozott a biogáz energetikai hasznosításának környezeti hatásaival, melynek keretében gyakran kitérnek a karbonlábnyom vizsgálatára is. Szinte egyöntetű megállapítás, hogy a biogáz-előállítás a biológiailag lebomló hulladékok kezelésének gazdaságilag és környezetvédelmileg is egyik legelőnyösebb megoldása. A karbonlábnyom alakulása szempontjából pedig a legoptimálisabb, ha a biogázt mezőgazdasági hulladékból állítják elő [6.17]. Európa biogáztermelése 2012-ben 10,94 millio toe volt, melynek kétharmada a mezőgazdasági biogázüzemekből, negyede a hulladéklerakókból, közel tizede pedig a szennyvíztelepekről származott [6.18]. Az elmúlt évtized közepétől fokozatosan gyorsuló növekedést tapasztalhattunk a szektorban, amelynek mértéke napjainkra elérte az évenkénti 10% feletti növekedést. 2012-re a mintegy 13 800 biogázerőmű együttesen 7400 MWe kapacitást képviselt Európában [6.18]. A vezető pozíciót a biogáztermelésben és erőművi kapacitásában Németország tölti be a maga több mint 60%-os részarányával. A németországi 6,6 millió toe biogáztermelés önmagában annyira megemeli a lakosságszámra vetített európai átlagot, hogy azt csak Nagy-Britannia, Luxemburg, és Ausztria éri el, Dánia, Hollandia és Csehország pedig csak megközelíteni tudja [6.18]. Komoly különbség azonban a vezető két ország között, hogy Nagy-Britanniában a nagy kapacitású hulladéklerakók és szennyvíztelepek képezik a biogáztermelés gerincét, míg Németországban a kisebb kapacitású mezőgazdasági biogázüzemek. Ezt a számbeli különbséget jól tükrözi az erőművek száma, ahol Németország a maga 8700 erőművével magasan kiemelkedik az európai mezőnyből (6.4. ábra). Magyarország 54 biogázerőművében 2013-ban 111 millió m3 biogázt hasznosítottak energetikailag [6.19]. A biogáz kinyerése és hasznosítása 2003-ig kizárólag néhány szennyvíztisztító telepen és új építésű regionális kommunális hulladéklerakóban történt, miközben a mezőgazdasági hulladékot energetikailag hasznosító biogázüzemek építése a kedvező adottságainkhoz képest csak 2009-től gyorsult fel a támogatási rendszer eredményeként. 2014-re a mezőgazdasági biogázerőművek száma elérte a 34-et, teljesítményük pedig meghaladta a 31 MWe-ot, amellyel az összes hazai biogázerőművi kapacitás háromnegyedét adták (6.5. ábra). 214

6.4. Biogáz-kiserőművek környezeti hatása szénlábnyomszámítással 8700

1264

606

557

481 436 252 242

186 176

119 92 78 50 37 33 33 27 26 22 22 21 15 12

7

3

3

Ge

rm an Sw I y itz taly erl a Cz ec Fr nd h R an ep ce ub Au lic str ia Ne th U erl K a Sw nds ed Po en De land nm Be ark lg Slo ium va Fin kia Hu land ng a Lu La ry xe tv m ia bo Slo urg ve n Ire ia Po land r tu g Gr al ee c S e Lit pai hu n an Cy ia pr Cr us o Ro atia m a Bu nia lga Es ria to nia

312

Number of plants

6.4. ábra. A biogázerőművek száma Európa országaiban Forrás: [6.18]

6.5. ábra. Mezőgazdasági biogázerőművek Magyarországon 2014-ben

A mezőgazdasági hulladékot hasznosító biogáz kiserőművek legfőbb alapanyaga és egyben telepítő tényezője a szarvasmarha és sertés hígtrágya, így ezeket döntően csak nagy állattartó telepek közvetlen közelében építették, ahogyan a kutatásunkban a teljes életciklus-elemzésre kiválasztott tiszaszentimreit is (6.5. ábra). Az átlagosan 1 MW kapacitású erőművek évente együttesen 187,7 GWh áramot termelnek, amely elméletileg 215


akár 235 GWh is lehetne, de a tényleges teljesítmény az áram átvételi árának alakulása és az alapanyag minőségének változása miatt mindig elmarad az elvárttól. A működés során ezekben az erőművekben évente összesen 295 GWh hőenergia is keletkezik [6.19]. Összességében tehát 1 m3 24,6 MJ fűtőértékű erőművi biogázból a gázmotorok átlagosan 6,8 kWh energiát állítanak elő, amellyel mintegy 0,64 m3 földgáz váltható ki. A mezőgazdasági biogázerőművekben hasznosított 71 millió m3/év biogáz így 45,4 millió m3/év földgáz kiváltását teszi lehetővé. Ennyi biogáz elégetése során közvetlenül 11,6 ezer tonna/év CO2 kerül a levegőbe, míg ugyanezt az energiát földgáz elégetésével megtermelve a CO2 emisszió 97,7 ezer tonna/év lenne [6.19]. Az előbbi elnyelését a Stockholm Environment Institute 2002-es tanulmánya [6.20] szerint (5,2 t CO2/év/ ha erdő) 2227 ha erdő biztosítja, míg földgáz esetében ehhez 18 800 ha lombos erdőre lenne szükség. Somogyi [6.14] modellje alapján (7,33 t CO2/év/ha akácerdő) pedig az első esetben 1580 ha, míg az utóbbinál 13 325 ha magyarországi akácerdő biztosítja az elnyelést. Összességében a mezőgazdasági hulladékok fermentációjával jelenleg megtermelt biogáz égetésének 12–16 ezer hektárnyi erdővel kisebb a karbonlábnyoma, mint ha ugyanezt az energiát földgáz elégetésével állítottuk volna elő. Természetesen egyúttal hangsúlyoznunk kell, hogy ezek a számok önmagában csak a biogáz elégetésére vonatkoznak, és nem tartalmazzák az alapanyagok előállítása, be- és kiszállítása során kibocsátott CO2-mennyiségeket. Kutatásunk során éppen ezért a legfontosabb célunk az volt, hogy egy biogázerőmű valós működésének életciklus-elemzésén keresztül tárjuk fel a biogáz energetikai hasznosításának teljes ÜHG-emisszióját, azaz egy biogázerőmű karbonlábnyomát.

6.4.2. A tiszaszentimrei biogázerőmű szénlábnyomszámításának módszere Tanulmányunkban a Tiszaszentimrén működő 0,637 MW teljesítményű biogázerőmű esetében mutatjuk be a biogáztermelés teljes életciklusára vonatkozóan az erőmű karbonlábnyomának és energiamérlegének alakulását a 2013-as évben. A Tiszaszentimrei Mezőgazdasági Kft. tulajdonában lévő biogázerőmű elektromos teljesítménye 637 kW, hatásfoka 40,1%, hő teljesítménye 682 kW, 39,7%-os hatásfok mellett. A szénlábnyom kiszámításánál az életciklusleltárba soroltuk az alapanyagok előállításához kapcsolódó műveleteket, az anyagok erőműbe történő beszállítását, az erőmű közvetlen működésével járó tevékenységeket, valamint a kierjedt szeparátum fermentorokból való kikerülését. A folyamat során jelentkező energiafelhasználásból származó, valamint a műtrágya használathoz köthető valamennyi ÜHG-kibocsátást vizsgáltuk. Az üzemanyag-fogyasztáshoz kapcsolódó kibocsátási értékeket a Carbon Trust 2013-as Conversion factors (Energy and carbon conversions) [6.21] kiadványában megadott értékek alapján számítottuk. A villamos energia felhasználásához kapcsolódó CO2-kibocsátást a magyar energiaszerkezet alapján megállapított 0,370 kg CO2e/1 kWh érték segítségével tudtuk számítani [6.22]. Figyelembe vettük az erőműbe kerülő növényi alapanyagok termesztése során felhasznált üzemanyagok kibocsátásai mellett a műtrágyák alkalmazása következtében a talajból felszabaduló N2O-t is. Miután a talajokból a természetes vegetáció esetén is 216

6.4. Biogáz-kiserőművek környezeti hatása szénlábnyomszámítással

felszabadul bizonyos mennyiségű N2O, a karbonlábnyom kiszámításakor csak azt a mennyiséget vettük figyelembe, amely a természetes kibocsátáshoz többletként adódik hozzá. Az erre vonatkozó becsléseket az EEA által 2012-ben kiadott Greenhouse gas inventory 1990–2010 riportja [6.23], illetve Grosz [6.24] Magyarországon végzett konkrét mérési és DNDC (denitrification-decomposition) modellezési eredményei alapján végeztük. Grosz [6.24] magyarországi alföldi mintaterületek vizsgálata alapján a műtrágyával kezelt szántóföldek esetében 1,77 kg N2O–N ha–1 év–1, míg a műtrágyával nem kezelt gyepterületek esetében 1,39 N2O–N ha–1 év–1 kibocsátást állapított meg. Azoknak az alapanyagoknak az esetében, amelyek egy más célú termelési folyamat hulladékaként vagy melléktermékeként kerültek az erőműbe, csak az erőműbe történő szállításhoz köthető CO2-kibocsátást vettük figyelembe. Idetartoznak a növényolaj- és konzervgyárak technológiai szennyvizei, flotátumai, illetve egyéb szerves hulladékai, valamint az állattartó telepekről származó híg- és almos trágya. Figyelembe vettük az erőmű kiszolgáló létesítményeinek energiaigényét is, amit az országos hálózatból elégítenek ki. Az erőmű üzemeléséhez szükséges energiamennyiséget viszont az erőmű által megtermelt villamos- és hőenergiából biztosítják. Ezt az energiát a fermentorokban keletkező CH4 elégetésével nyerik, miközben CO2 szabadul fel. Ennek mennyisége azonban nem lehet több, mint a szerves anyagok keletkezése során a légkörből megkötött CO2 mennyisége, így ezt nem vettük figyelembe a számításnál. Az erőműből kikerülő szeparált híg és szilárd fázisú trágyák esetében csak a kiszivattyúzáshoz kapcsolódó ÜHG-kibocsátással számoltunk, miután a szilárd biotrágya (engedély hiányában) nem a szántóföldekre kerül ki, hanem teljes egészében visszaforgatják a fermentorba, míg a szeparált hígtrágya ugyanabba a tározóba kerül, ahová egyébként az állattartó telepekről került volna, így valójában az a telep életciklusához köthető. Figyelembe vettük még az erőmű üzemeltetése érdekében lebonyolított üzleti utakhoz és a karbantartási munkákhoz kapcsolódóan felhasznált energia mennyiségét is. Ezt követően valamennyi műveleti fázis esetében meghatároztuk az üvegházhatású gázok kibocsátását, melyet a PAS 2050: 2011 [6.25] által megadott, 100 éves időtartamra számított Globális Felmelegedési Index (GWP) segítségével CO2-egyenértékbe (CO2e) konvertáltunk, meghatározva ezzel az erőmű karbonlábnyomát.

6.4.3. A tiszaszentimrei biogázerőmű szénlábnyomszámításának eredményei Az alapanyagok előállításához kapcsolódó karbonlábnyomnak két összetevője van: ◆ a kimondottan az erőművi felhasználás céljából 404 hektáron termesztett növények (cukorcirok, bükköny, lucerna, réti széna, energiafű) szántóföldi műveléséhez használt gépek CO2-kibocsátása, ◆ a műtrágyázott területeken jelentkező többlet N2O-kibocsátás. Az egyes növények esetében eltérő volt a géphasználat. A lucerna, a réti széna és az energiafű esetében csak a betakarítás során alkalmaztak gépeket, a bükköny esetében 217


viszont egy tarlóhántással egybekötött 27%-os pétisó műtrágyázás (100 kg ha–1) után történt meg a vetés, majd később a betakarítás. A cukorcirok esetében a tarlóhántást követően felszántották a területet, majd egy boronálás történt, ezt követően egy kompaktor segítségével előkészítették a magágyat, majd itt is a vetéssel párhuzamosan végezték a 27%-os pétisóval (200 kg ha–1) történő trágyázást. Ezután még sor került egy vegyszeres és egy mechanikai gyomirtásra, majd a betakarításra. A szántóföldi műveleteket végző gépek összes üzemanyag-fogyasztása 22,6 ezer liter gázolaj volt, ahol literenként 2,6008 kg CO2-egyenértékkel számolva egy év alatt összesen 58,8 ezer kg CO2-kibocsátást eredményezett (6.6. táblázat). 6.6. táblázat. A tiszaszentimrei biogázerőmű számára megtermelt alapanyagok előállításához kapcsolódó ÜHG-kibocsátás 2013-ban Művelt terület (ha)

Megtermelt mennyiség (kg)

A gépek által felhasznált üzemanyag (l dízelolaj)

Üzemanyagok ÜHGkibocsátása (kg CO2e)

Műtrágyázás N2Okibocsátása (kg N2O–N)

Műtrágyázás ÜHGkibocsátása (kg CO2e)

Cirok

125

2 517 450

10 082

26 221

74,6

22 238

Bükköny

133

1 105 350

6126

15 931

79,4

23 661

Lucerna

91

1 025 230

5466

14 217

–

–

Réti széna

45

71 960

184

480

–

–

Energiafű

10

68 110

756

1966

–

–

Összesen

404

4 788 100

22 614

58 814

154

45 898

Termesztett növény

A cukorcirok és a bükköny esetében a műtrágyázás további ÜHG-kibocsátást eredményez. Az összességében majd 46 ezer kg CO2-egyenértéknyi kibocsátás igen jelentősnek mondható, amelynek az oka a N2O 100 éves időtartamra vonatkozó 298as GWP-indexe. A többlet N2O-kibocsátásra kapott érték jó összhangban van az EEA által közzétett GHG Inventoryban [6.23] megadott módszer alapján kiszámított értékkel, mely szerint a műtrágyákban található 1 kg N-ből átlagosan 0,01 kg N2O–N szabadulhat fel. Az esetünkben ez CO2-egyenértékben kifejezve 48 412 kg-nak felel meg. Ezzel az alapanyagok előállításának teljes ÜHG-kibocsátása megközelíti a 105 ezer kg/év CO2e értéket. Az erőműben felhasznált anyagok különbözőképpen jutnak el a fermentorokig. A beszállításhoz kapcsolódó szénlábnyomszámításnál figyelembe vettük a beszállított mennyiségeket, a szállítás módját, a gépjárművek típusait és fogyasztási adatait, valamint a szállítási távolságokat. 2013-ban 12 920 m3 sertés hígtrágya csővezetéken szivattyúzva került az erőműbe. A szivattyú áramfelhasználása összesen 23 400 kWh volt, ami 8190 kg CO2e ÜHG-kibocsátásnak felel meg. Egy közeli telepről 2202 tonna almos szarvasmarha és sertéstrágya beszállítás történt, melynek számított ÜHG-kibocsátása 2086 kg CO2e volt (6.7. táblázat). Az erőmű 12 km-es körzetén belül saját szántóföldről beszállított növények mennyisége 4788,1 tonna volt, a szállítást végző járművek 2135 l gázolaj fogyasztása 5553 kg CO2e-kibocsátást eredményezett (6.7. táblázat). Jelentősen növelték a szállítás karbonlábnyomát a nagyobb beszállítási távolságok. 2013-ban 218

6.4. Biogáz-kiserőművek környezeti hatása szénlábnyomszámítással

érkezett nyák a 91 km-re fekvő halmajugrai biodízelgyárból, kukorica Debrecenből és Abádszalókról. Mindent összevetve, a gépjárművekkel történő beszállítás 43,2 ezer kg/év CO2ekibocsátását hozzáadva a hígtrágya-beszállítás ÜHG-kibocsátásához, a szállítások éves kibocsátása 51,4 ezer kg CO2e-t jelent. 6.7. táblázat. Az alapanyagok gépjárművekkel történő beszállításához kapcsolódó ÜHG-kibocsátás alakulása 2013-ban Alapanyag típusa

Átlagos szállítási távolság (km)

Beszállított mennyiség (t)

Összes megtett km

Összes fuvar üzemanyag-fogyasztása (l)

kg CO2e

Cukor cirok

5,5

2517

2585

689

1793

Bükköny

7,5

1105

2115

574

1492

Lucerna

12,0

1025

3096

798

2075

Réti széna

3,0

72

114

28

73

Energiafű

8,0

68

176

46

120

Szerves trágya

6,5

2202

3328

802

2086

Kukoricasiló

76,0

2212

12 894

3868

10 060

Nyák

114,6

2381

24 532

9813

25 521

11 584

48 840

16 618

43 221

Összesen:

Az erőműbe beszállított alapanyagok bekeverésének, fermentorba juttatásának, a fermentorokban található anyag keverésének, az elő- és utófermentorok közötti anyagmozgatásnak, a gázmotor hűtésének energiaigényét a saját áramtermelésből, míg a fermentorok fűtésének energiaigényét a gázmotor hulladékhőjéből biztosítják, így az ezek kibocsátásaihoz kapcsolódó CO2 mennyiségét nem számítottuk bele az erőmű karbonlábnyomába. Így a működéshez köthető kibocsátások egyik részét a kiszolgáló egységek áramfogyasztása jelentette, melyet az országos hálózatból fedeznek. Ebben egyebek mellett benne van annak a szivattyúnak a működése, amellyel a fermentorból kikerülő mintegy 12 500 m3 híg szeparátumot egy csővezetéken a sertéstelep tározójába szivattyúzzák. Összességében 2013-ban az áramfogyasztás 117 685 kWh volt, ami a magyarországi energiaszerkezet alapján számított 0,370 kg CO2e / 1 kWh érték alapján 43 543 kg CO2e-nek felel meg. A működés kisebb jelentőségű lábnyomát az üzleti utak és a karbantartáshoz kapcsolódó üzemanyag-fogyasztás adja. Ezeknek az összesített éves kibocsátási értéke 7946 kg CO2e-nek adódott. Miután az erőműből kikerülő 1955 tonna száraz biotrágyát 2013-ban teljes mennyiségben visszaforgatták a fermentorokba, így azok ÜHG-kibocsátásával már nem számoltunk. Ugyanez volt a helyzet a kikerülő híg fázissal, mivel azt a sertéstelep karbonlábnyomának kiszámításakor kellene figyelembe venni. Az erőműből kikerülő hulladékok közül így egyedül a biogázmotorból kikerülő fáradt motorolajat vettük figyelembe, melyet a 6000 óránként esedékes karbantartáskor cserélnek le. 2013-ban összesen 3135 liter fáradt motorolajat szállítottak el a telephelyről 257 km-re, ahol újrahasznosították, ezért ebben az esetben csak a szállítások során fellépő ÜHG-kibocsátással kell számolnunk, ami összesen 561 kg CO2e-nek felel meg. 219


Összességében az erőmű teljes életciklusát figyelembe véve az egyes műveleti fázisokhoz kapcsolódó ÜHG-kibocsátás 2013-ban 208 173 kg CO2-egyenérték volt (6.6. ábra). erőmű működtetése 51489

alapanyag szállítás 51411

keletkezett hulladékok 561

alapanyag előállítás 104712

6.6. ábra. A biogáztermelés teljes életciklusában fellépő ÜHG-kibocsátás 2013-ban, kg CO2-egyenértékben a tiszaszentimrei erőműben

Ennek elnyeléséhez 40 hektár lombos erdőre vagy 28,4 hektár magyarországi akácerdőre van szükség. Az erőmű 2013 folyamán 4347,21 MWh villamos energiát, és 4607,89 MWh hőenergiát termelt. Ha ezt az átlagos magyarországi energiaszerkezetben termelték volna meg, akkor majdnem 16-szor nagyobb, összességében 3 313 387 kg CO2e-kibocsátással és az ennek elnyeléséhez szükséges majd 640 hektár lombos erdővel kellene számolnunk. A biogázból előállított villamosenergia-termelés ugyan távolról sem nevezhető karbon semlegesnek, azonban a hagyományos energiatermelési szerkezethez viszonyítva karbonlábnyoma sokkal kisebb. A karbonlábnyom meghatározó részét az erőműbe szánt alapanyagok előállításához kapcsolódó kibocsátások teszik ki. Itt a gépi művelés viszonylag nagy energiaigénye mellett fontos szerepet játszott a műtrágyázáshoz köthető N2O-kibocsátás is. Az alapanyagok beszállításának karbonlábnyoma szintén elég nagy, ami annak köszönhető, hogy 2013-ban az erőműbe szállított alapanyagok 35%-a 90 km-nél nagyobb távolságból érkezett, ami a beszállítás során fellépő összes ÜHG-kibocsátás 81%-át tette ki. Az erőmű karbonlábnyomát elsősorban a beszállítási távolságok optimalizálásával, valamint a termesztett alapanyagok esetében a műtrágyahasználat visszaszorításával lehetne leginkább csökkenteni. 220

6.5. Hőszondás hőszivattyús rendszerek kiépítésének és használatának…

MWh

Megvizsgálva az erőmű energiamérlegét, 10000 az éves termelés (hő és villamos áram 8000 együttesen) 8955,10 MWh volt, miköz6000 ben az összes fogyasztás, melybe ugyancsak a teljes életciklushoz kapcsolódó va4000 lamennyi fogyasztással (felhasznált hő- és 2000 villamos energia, alapanyagok előállítása, beszállítása, erőmű működtetése) számol0 megtermelt energia energiafogyasztás va ennek még harmada sem volt (2720,26 Üzemanyagok MWh). Ennek 56% át az a hőenergia tetHőenergia te ki, amely a fermentorok hőmérsékletét Villamos energia tartja fönn (6.7. ábra). A biogázerőművek sajátossága, hogy 6.7. ábra. A tiszaszentimrei biogázüzem ezt a hőenergiát saját működésük mel2013-as energiamérlege léktermékeként állítják elő, és annak a biogáztermelés teljes életciklusára vonatkoztatva (MWh-ban) mintegy egyharmadát juttatják vissza a fermentorokhoz, ugyanakkor a fennmaradó hőenergia jelentős része igen gyakran nem hasznosul. Ennek a hulladékhőnek az energetikai hasznosítása tovább javíthatja a biogázerőművek pozitív energiamérlegét.

6.5. Hőszondás hőszivattyús rendszerek kiépítésének és használatának környezeti hatásai és azok csökkentési lehetőségei 6.5.1. Bevezetés A geotermikus energia hasznosításnak legdinamikusabban növekvő ága a sekély rezervoárok hasznosításán alapuló felszín alatti hőt hasznosító hőszivattyús rendszerek szegmense [6.26]. Szemben más geotermikus rendszerekkel, az ilyen típusú rendszerek kiépítéséhez nem kellenek jó geotermikus adottságok, gyakorlatilag bárhol telepíthetők és üzemeltetők. Számuk növekedése több országban exponenciális, telepítésüket a megfelelő jövedelemszint, a technikai és gazdasági ösztönzők, valamint a környezettudatosság segíti. A zárt hurkú rendszerek technológiai szempontból bármilyen körülmények közé telepíthetők, a kedvezőtlenebb földtani adottságok csupán a felszín alatti hőcserélő felület nagyságának növelésével járnak, illetőleg a megtérülési idő hossza növekszik meg. A geotermikus energia hasznosításának előnye egyes megújuló energiaforrásokkal szemben, hogy meteorológiai körülmények a rendelkezésre állást nem befolyásolják, ugyanakkor a túltermelés – a biomassza felhasználáshoz hasonlóan – az eredeti potenciál leromlását okozhatja. Az általános vélekedéssel szemben a geotermikus energia kitermelésének is vannak környezeti hatásai, melyek a nem megfelelően méretezett rendszereknél vagy a gondatlan kivitelezés következményeként erősödhetnek [6.27] [6.28]. 221


A hőszivattyús rendszerekben a környezeti energia külső energia felhasználásával az alacsonyabb hőmérsékletű környezetből (levegő, felszíni vizek, felszín alatti térrész) a magasabb hőmérsékletű felhasználási helyre jut (6.8. ábra) [6.29] [6.30] [6.31]. Külső energiaforrásként a hőszivattyú típusától függően általában elektromos áramot, ritkábban gázmotort használnak. A leggyakrabban használt kompresszoros hőszivat�tyúkban a külső energia munkavégzésként jelenik meg a kompresszióban, de léteznek olyan hőszivattyúk is, melyekben elegendő a hőközlés is (pl. szorpciós hőszivattyúk). Ez utóbbiak elterjedése egyelőre korlátozott. környezeti energia

külső energia 25%

leadott energia 100%

75% K

75%

hőszivattyú XK

XE

100%

XE K XK E

elpárologtató kompresszor kondenzátor expanziós szelep

E

6.8. ábra. Kompresszoros hőszivattyú felépítése és energiaviszonyai 4-es COP esetén Forrás: [6.30] alapján.

A hőszivattyúk esetében a működés hatékonyságát a fűtési oldalra leadott energia és a külső forrásból felvett energia hányadosaként szokták jellemezni. Ha ezt fűtési üzemmódban nominális vagy aktuális üzemi állapotokra használják, akkor COP-nek (coefficient of performance) nevezik, míg a működés közben hosszabb időszakban mért adatok esetén SPF-nek (seasonal performance factor) [6.29]. A környezeti hatások szempontjából nemcsak a külső energiaforrásra, hanem primerenergia-forrásra is megadható értékük, illetőleg bele szokták venni az üzemeltetés összes energiaigényét is (pl. a keringető szivattyúk áramfelvétele). A hőszivattyús rendszerek egyik legfontosabb osztályozási szempontja a környezeti hő forrása szerinti beosztás [6.29]. A felszín alatti szilárd és folyékony közegek belsőenergiáját zárt rendszer segítségével lehet kitermelni: a vertikális hőszonda jellemzően maximum 100 m mélségig terjedhet, a horizontális talajkollektorok mélysége a helyi viszonyoktól függően 1–2 m. Ezekben a rendszerekben a hő a felszín alatti hőcserélő felületig hővezetéssel jut el, és a csőrendszerben levő melegedő hőszállító folyadék juttatja el a hőszivattyúig az energiát. A kivett energia növelhető, ha a hőszivattyú felől érkező hőszállító folyadék hőmérsékletét csökkentjük, de ez hosszú távon a cső környezetének túlhűlésével járhat. A felszín alatti hőt hasznosító hőszivattyús rendszerek alkalmazásának egyik előnye, hogy a szekunder oldal megfelelő kialakítása esetén nyáron hűtésre is felhasználható a rendszer, ilyenkor az épületből elvont hőt a felszín alá vezetik el. Ha nincs inten222


zív vízmozgás, akkor a hő nagy része a hőcserélő közelében marad, így a téli hőkivétel hatását csökkenteni lehet, amivel a rendszer gazdaságossága javítható. A megfelelő tervezői szemlélettel a rendszerek kialakítása során a túlhűlés kedvezőtlen hatásai csökkenthetők, melyek általában a beruházási költséget növelik, de hosszú távon anyagi és környezeti előnyökkel járnak. A felszín alatti hőátadási folyamat megfelelő modellezése és a felhasznált energiák környezetvédelmi szempontból előnyös előállítása lényeges a hatások csökkentése szempontjából, melyre a hazai környezetben leginkább terjedő hőszondás hőszivattyús rendszerek vizsgálatán keresztül mutatunk rá.

6.5.2. A hőszondás hőszivattyús rendszerek használatának legfontosabb környezeti hatásai A hőszonda kialakítása esetén általában hagyományos kútfúrási technológiákat alkalmaznak [6.29], de a lyukkiképzés eltérő: gyakori, hogy nincs béléscső a kialakított fúrásban, csupán a zárt csőrendszer behelyezése után cementtel vagy agyagos zag�gyal visszatömedékelik azt. Amennyiben nem kútcsoportokat vagy szondamezőket fúrnak a fúrás mechanikai és hanghatásai rövid ideig tartanak, a fúráshoz szükséges tereprendezés káros hatásai a fúrás befejezése után könnyen megszüntethetőek. Az igazán jelentős problémát a vízzáró rétegek harántolása jelenti, mert a kút/fúrás tengelyében nem megfelelő kiképzés esetén vertikális szivárgások indulhatnak meg, melyek elősegíthetik az alsóbb rétegek elszennyeződését. Zárt rendszerek esetén az intenzív hőkivétel túlzott lehűléshez vezethet [6.28] [6.32]. A szonda vagy kollektor környezetében a talajfagy mélysége mélyebbre húzódik, ami a talaj téli levegő- és vízháztartását negatívan befolyásolja, a csövek külső felületére fagyott pára és talajvíz pedig csökkenti a hőátadó képességet. A hűlés következtében a primer oldali hőcserélőbe egyre alacsonyabb hőmérsékletű fluidum érkezik, így a hőszivattyú aktuális COP értéke is csökken [6.29], az azonos mennyiségű hőenergia szekunder oldali betáplálásához több külső energia szükséges. Ez drágább üzemeltetési költséget, valamint növekvő környezeti hatást fog okozni. A hőkivétel szüneteiben a horizontális hővezetés miatt a hőcserélő környezete melegszik, de a kiindulási hőmérsékletet csak a kitermelésnél jóval hosszabb idő alatt érné el [6.28]. A hőmérsékleti egyensúly visszaállását nyáron a felszín közeli zónákban a napsugárzás miatti hőbevétel is segíti, a mélyebb zónák viszont tartósan csökkenő energiatartalommal jellemezhetők a csak fűtési üzemmódban használt szondák környezetében. Kedvező hatás érhető el, ha a nyári hűtés során elvont vagy a nyáron megtermelt hőt a felszín alatt tároljuk, ezzel ellensúlyozva a hőkivétel hatásait [6.32]. A zárt rendszerek esetében a legfontosabb havária az, hogy sérülésből vagy elöregedésből származó cső-tönkremenetel hatására a felszín alá jutó hőcserélő folyadék elszennyezheti a rétegeket [6.33]. Különösen problémás ez a jelenség, ha szerves fagyállófolyadék az ivóvízadó rétegek közelében juthat ki a rendszerből. Ilyen esetben a cső kizárható a termelésből, de a szennyező kinyerése nem lehetséges a meglévő rendszerek segítségével. Lezáráskor a földbe fektetett csőhálózat a hőszondák és egyes 223


talajkollektorok esetében nem távolítható el, így a csövek többszöri átmosása után a csöveket bent kell hagyni a felszín alatt. A hőszivattyús rendszerek életciklus-elemzése alapján a legjelentősebb hatás a külső energia használatából származik [6.34]. A hőszivattyú működése közben felhasznált energia a legtöbb esetben elektromos áram, így üzemelésének környezeti hatásai az áramtermelés környezeti hatásaira vezethetők vissza, melyek közül a legjelentősebb az áramtermelés szennyezőanyag-kibocsátása, a viszonylag alacsony hatásfok és a szállítási veszteségek. A hőszivattyús rendszerek használatának már kis COP értékek mellett is előnye, hogy kisebb az ÜHG-kibocsátás [6.35] [6.36], mint a hagyományos fűtési módszerek esetén. Ezen hatásokat a fogyasztó egy meglévő rendszer esetében az SPF nagy értéken tartásával és a hőigény csökkentésével tudja mérsékelni. Azokban a hőszivattyús rendszerekben, ahol a külső energiaforrás gázmotor vagy valamely megújuló energia, a környezeti hatások az energiaátalakulás hatásfoka miatt jelentősen kisebbek, vagy gyakorlatilag megszűnnek [6.30].

6.5.3. A hőkivétel hatása a felszín alatti térrész hőmérsékletére A termelés hatására bekövetkező hőmérséklet-változást a Debreceni Egyetem Ásvány- és Földtani Tanszékén fejlesztett véges differenciás numerikus modellező szoftver [6.37] segítségével határoztuk meg különböző üzemeltetési körülmények között. A felhasznált szubrutin 2D hengerszimmetrikus véges differenciás modellekben számolja az adott hőkivétel hatására történő hőmérséklet-változást. Numerikusan meghatároztuk egy adott fajlagos hőteljesítmény kivételének hatását egy hazai viszonyok között gyenge-közepes hőtani adottságokkal rendelkező üledékösszletre különböző kiépítési módok mellett. A kapott adatok segítségével vizsgáltuk, hogy a kiépítés és az üzemeltetés módjának változtatása hogyan hat a hőcserélő környezetének hőmérsékletére, és így a fluidum hőmérsékletére. A hőcserélő környezetének hőmérséklete meghatározza, hogy egy adott tömegáram és a hőszonda ismert

hőmérséklet-változás (°C)

0 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8

24 h/d 0

1

12 h/d 2

3 idő (nap)

6 h/d 4

5

6

6.9. ábra. 20 W/m fajlagos teljesítményű hőkivétel hatására kialakuló hőmérséklet-csökkenés a napi üzemórák függvényében [talaj hővezető képessége λ = 1,8 W/(m · K), hődiffuzivitása α = 10–6 m2/s]

224


termikus ellenállása mellett a hőt szállító fluidum mennyire melegszik fel. Ez kihat a hőszivattyú aktuális COP értékére, azaz a kapott adatok közvetve alkalmasak a rendszer környezeti hatásainak becslésére. A hőszivattyúk jelentős része adott teljesítménnyel működik, így az üzemelés szakaszos és a kinyert hő fel nem használt részét puffertartályban tárolják. A 6.9. ábrán látható, hogy a hőkitermelés hatására a hőmérséklet kezdetben jelentősen csökken, majd a csökkenés üteme fokozatosan lelassul. A kisebb energiakivétel kisebb hőmérséklet-csökkenést okoz rövid és hosszabb távon is, a pihentetési időszakokban a hőcserélő környezete részben regenerálódik. A hőmérséklet-csökkenés jelentősen függ az átfúrt összletek hővezető képességétől is (6.10. ábra). Ez a hatás jelenik meg elsődlegesen a hőszondás rendszerek méretezé-


0 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8

0

1

λ = 1,5 2

λ = 1,8 3 4 idő (év)

λ = 2,1 5

6

6.10. ábra. 20 W/m fajlagos teljesítményű hőkivétel hatására kialakuló hőmérséklet-csökkenés a talaj hővezető képességének függvényében [az értékek W/(m·K)-ben megadva, α = 1,08 10–6 m2/s]


0 –2 –4 –6 –8 –10 –11

0

1

2

3 idő (év)

4

5

6

nincs tömedékelés 12,5 cm átmérőjű tömedékelés 22,5 cm átmérőjű tömedékelés 6.11. ábra. 20 W/m fajlagos teljesítményű hőkivétel hatására kialakuló hőmérséklet-csökkenés a tömedékelés átmérőjének függvényében [összlet hővezető képessége λ = 1,8 W/(m·K), hődiffuzivitása α = 10–6 m2/s, tömedékelésé λ = 2,1 W/(m·K), α = 1,08 10–6 m2/s]

225


sében a gazdaságosan kivehető fajlagos hőteljesítmény megadásakor. 20 W/m értékű folyamatos hőkivétel esetén egy 1,5 W/(m·K) hővezető képességű összletben már az első évben 12 °C feletti hűlést okoz, ami hazai hőmérsékleti viszonyok között már a talaj elfagyását jelentheti. Nagyobb hővezető képesség esetén a hatás kisebb, adott hőteljesítmény esetén a hővezető képességgel fordítottan arányos. A lyukkiképzés is módosítja a kialakuló hőmérsékletmezőt (6.11. ábra). Az átfúrt összlettől kedvezőbb hővezető képességű tömedékelés és béléscső használata segíti a hőterjedést, így a hőmérséklet kevésbé csökken, ugyanakkor ez a kiépítés költségeit növeli.

6.5.4. A környezeti hatások csökkentésének lehetőségei bivalens rendszerekben A kapott eredmények alapján vizsgáltuk a monovalens, azaz csak hőszivattyúra támaszkodó hőtermelés mellett a bivalens üzemmódok környezeti hatásait is. Bivalens rendszerekben egy adott hőigény feletti igényt már nem a hőszivattyú látja el, vagy egyes esetekben a hőszivattyú teljesen le is kapcsol [6.29]. Bivalens párhuzamos működés esetén (6.12. ábra) a hőszivattyús rendszert nem az épület maximális hőleadásához kell méretezni, hanem a kiegészítő fűtést és a hőszivattyús rendszert közösen lehet az adott épület energetikai igényeihez optimalizálni. Használatával a felszín alól szükséges energia mennyisége csökkenthető, így a korábban leírt problémák mérséklődnek.

fűtési hőszükséglet

l

bivalenciapont a hőszivattyú által ellátott hőigény a kazán által ellátott hőigény

fűtési órák száma

6.12. ábra. Épületek energiaigényének kielégítése bivalens párhuzamos rendszer segítségével

A rendszer elemei jelentősen befolyásolják mind a kiépítési, mind az üzemelési költségeket és a környezeti hatásokat is, emiatt elsősorban olyan helyeken találkozhatunk bivalens rendszerekkel, ahol korábbi meglévő rendszereket korszerűsítenek, szükséges a nagy előremenő hőmérséklet, vagy nincs elegendő potenciál monovalens rendszerek megvalósításához [6.29]. A legegyszerűbb úgy kiépíteni a rendszereket, hogy a hőszivattyú külső energiaforrása látja el a többlethőigényt (elektromos fűtőbetét vagy gázmelegítő beépítésével), ekkor a rendszert monoenergetikusnak neve226

6.6. Épületgeometriai adatok kinyerése LIDAR pontfelhőből

zik. Környezeti hatások szempontjából és bizonyos feltételek megléte esetén kedvezőbbek azok a rendszerek, ahol a segédfűtést megújulók, mint a napenergia, vagy a biomassza látják el. Ez utóbbi könnyebben tárolható (mint tűzifa, pellet stb.), és ha az adagolás automatizálható, akkor a használójának a komfortérzete alig csökken egy monovalens kiépítéshez képest, környezeti és gazdasági szempontból pedig még előnyösebb a rendszer.

6.5.5. Összegzés A sekély geotermikus rendszerek környezeti hatásai a megfelelő tervezési szemlélettel, a geológiai adottságok megfelelő ismeretével és az épület hőigényének csökkentésével minimalizálhatóak. A legtöbb helyen a földtani adottságok miatt csak a zárt rendszerű primer oldali kiépítések alkalmazhatók, itt elsősorban a túlhűlés, a haváriaesemények, valamint a hőszivattyú nem megfelelő hatékonysága jelenthetnek problémát. A termelés során egyre hidegebb hőmérsékletű fluidum lép be a hőszivattyú primer oldali hőcserélőjébe, így a hatásfoka folyamatosan csökken. Ennek a jelenségnek a dinamikája a kivett hőteljesítménytől, a rétegek hőtani tulajdonságaitól, valamint a termelés idejétől függ, így a környezeti hatások és a költségek csökkentésének céljából optimalizálható a működés. A beruházási költségek jelentősen növekedhetnek a nagyobb szükséges szondahossz-érték vagy a felhasznált anyagok miatt, de a rendszer összességében energetikailag és az üzemelési költségek szempontjából is kedvezőbb lesz. Ha tervezéskor figyelembe vesszük, hogy a primer körben mozgó folyadék nem hűlhet 0 °C alá, akkor a hőhordozó folyadék akár tiszta víz is lehet, ami káresemények bekövetkezésekor sem szennyezi a vízadókat. Lényeges módon csökkenti az üzemeltetéssel kapcsolatban keletkező CO2 men�nyiségét, ha a rendszer bivalens párhuzamos, és a szükséges hőt megújuló energiaforrásokkal pótoljuk. Ennek hosszabb távon elsődleges forrása lehet a biomassza, amit a hagyományos fűtéshez való pozitív attitűd és az agrogén térségekben keletkező mezőgazdasági melléktermékek valószínűsítenek. E szempontból további előrelépést a külső energiaként megújuló energiaforrásból származó energiát hasznosító hőszivattyúk elterjedése fog jelenteni a közeljövőben.

6.6. Épületgeometriai adatok kinyerése LIDAR pontfelhőből 6.6.1. Bevezetés Városi környezeteink energiahatékonyságának alapvető feltétele napjainkban a gyors és homogén adatgyűjtés, és az adatok hatékony, automatizált feldolgozása. Ezen adatbázisok egyik jellegzetes képviselői a felszín-, és domborzatmodellek, melyek értékes téradatként jelennek meg egy-egy komplex városi vagy antropogén terület adatbázisában [6.38]. E modellek előállítása számos módon lehetséges a térképi alaptól az au227


tomatizált mérésekig [6.39]. A városi területek modellezésében egyre nagyobb szerep jut a LIDAR technikának, és az ebből származtatott épület-adatbázisoknak. Munkánk célja, hogy megvizsgáljuk ezeknek a LIDAR-alapú modelleknek a felhasználhatóságát városi környezetben, és megalapozzuk az épületek energiahatékonyságának növelését.

6.6.2. Szakirodalmi előzmények A LIDAR (Light Detection and Ranging) [6.40] technológia napjaink egyik igen gyorsan fejlődő ága. Adatbázisait igen széles területen használják a katasztrófavédelemtől [6.41] az erdészeten át [6.42] a várostervezésig. Ez utóbbi a LIDAR egyik jellegzetes alkalmazási területe, ahol a városi beépített környezetet vizsgálják [6.43]. A módszer segítségével leválogathatjuk az épületeket, és így nagy területről juthatunk homogén épület-adatbázishoz. Ilyen jellegű vizsgálatokat végeztek Tse és mtsai [6.44], valamint Yu és mtsai [6.45]. A mérés saját lézeres jelforrásra épül, amely mellett közvetlenül helyezkedik el az érzékelő (6.13. ábra).

6.13. ábra. A LIDAR felmérés módszere

A műszer a kibocsátott jel visszaverődését rögzíti, és annak erősségén túl képes a többszörös visszaverődést is rögzíteni, mindezt 2–3 cm-es vertikális pontossággal [6.46], így lehetőség van (bizonyos fokig) a felszínt elfedő tereptárgyak kiszűrésére is [6.47]. A kibocsátott jelből nemcsak az első és utolsó lézernyalábot tudják rögzíteni, hanem lehetőség van a teljes jelalakos szkennelésre is. Az általunk felhasznált típus (Leica ALS-70 HP) ez utóbbi formátumú adatrögzítésre képes, mely nagy pontosságú 228


domborzatmodell (a földfelszín magassági viszonyait mutatja), illetve felszínmodell (a felszínt borító tereptárgyak, objektumok felülete) elkészítését teszi lehetővé. Számunkra a pontos épületgeometria előállítása volt a legfontosabb, melyet a 10 pont/m2-es felvételezési pontsűrűség biztosított számunkra. Ennek segítségével előállítjuk az épületek tetejének kataszterét a lerepült területre, ami segítséget nyújt a napelemekkel és napkollektorokkal való beépíthetőségi potenciál felméréséhez. A tetők pontos detektálása mellett azonban fontos kérdés azok geometriájának minél pontosabb modellezése, azaz a különálló tetősíkok és prizmafelületek automatikus generálása [6.48]. A lézerszkennelt adatok mellett a nagy spektrális felbontású adatok segítségével pedig a tetők anyagát tudjuk osztályozni [6.49]. A felszíni objektumok reflektancia spektruma anyagi minőségük szerint eltérő, így következtetni lehet a tetőfedés jellegére [6.50]. Ezeknek az adatoknak olyan tetőkataszterek összeállításánál lehet jelentősége, aminek célja pl. környezetre káros anyagok (pl. azbesztcement) felmérése, vagy a tűzterjedési kockázatvizsgálatok városi környezetben.

6.6.3. Anyag és módszer A felmérés során egy kombinált LIDAR-hiperspektrális-ortofotó adatbázis készült. A mintaterület Debrecen északi részén húzódik, ÉÉNy-DDK irányú, 1200 m széles és 6100 m hosszú sávban (6.14. ábra). A LIDAR-adatok pontfelhője adta az alapot a későbbi automatikus vektorizáláshoz, valamint a hiperspektrális felvételt használtuk a tetőfelületek anyagának a meghatározásához. A felmérés során egy 10 pont/m2-es sűrűségű pontfelhő készült. A pontok ilyen gyakorisága már önmagában, vizuálisan is lehetővé teszi az egyes jellemző épülettípusok felismerését. Ahogy a 6.15. ábrán láthatjuk, a három jellegzetes vizsgált épületa)

b)

c)

6.14. ábra. A mintaterület elhelyezkedése

6.15. ábra. Jellegzetes épülettípusok a mintaterületen, LIDAR pontfelhőből azonosítva a) családi ház; b) társas ház; c) panelház

229


típust (családi ház, társasház, panelház) a pontfelhőből vett keresztszelvényekből is jól lehet azonosítani. A LIDAR adatbázisból az ENVI LiDAR segítségével nyertük ki a tetőélmagasságokat, mely az ún. „befoglaló téglatesteket” (building box) generálta le, így ez az adatbázis a tetők alsó szintjének a körvonalait tartalmazza. c) d) A fentinél összetettebb megoldást kínál következő adatbázisunk, melynél már nem „building box”-szal, hanem a valóshoz közelebb álló geometria generálásával paramétereztük a szoftvert. Ebben az esetben a tetők különböző lapjai már helyesen jelennek meg (6.16. ábra), attribútumként pedig a tető egyes alkotó síklapjainak a legkisebb és a legnagyobb 6.16. ábra. A kiindulási adatbázisok magasságát kapjuk meg. a mintaterület egy részletén a) tetőél-magasságok; A fenti két módszerrel előállított körb) összetett tetőszerkezet-generálás; vonalaknál számolnunk kellett a tetők c) 1 m-es raszteres felületből túllógásával (pl. az eresz miatt), mely – származtatott épületek; épülettípustól függően – megváltoztatja d) geodéziai méréssel kapott alaprajzok az alapterületet. Ennek vizsgálatához összevetettük a második módszerrel (azaz a részletesebben) generált alapterületeket a geodéziai felmérések alapján készültekkel úgy, hogy mind a négy fő irányba megmértük az átlagos eltéréseket, majd épületenként átlagoltuk a kapott értékeket. A LIDAR felmérés alapján a mintaterületről elkészült annak 1 m felbontású digitális felszínmodellje is, melyből ugyancsak kinyertük az épületeket (6.16/c ábra). Ennek során a normalizált vegetációs index (NDVI) <0,1 és a >3 m magasságú objektumokat tekintettük épületnek. A kiválasztott épületek geodéziai felmérése során a falak valódi felszíni vetülete adható meg. Mivel a tető általában többé-kevésbé túllóg a falak ortogonális felszíni vonalain, így valamivel nagyobb területet kapunk a tető kiterjedését figyelembe véve. Ezért lényeges, hogy birtokunkban legyen az épületek valódi kiterjedése. A jelenség a különböző típusú épületeknél eltérő mértékben torzítja az eredményt, legkevésbé a panelházaknál, legjobban pedig az egyedi családi házaknál módosítja az alapterületeket. A hiperspektrális adatokat ENVI 5 szoftverben dolgoztuk fel, melynek során az eredeti csatornakészleten (230 csatorna) és ordinációs módszerekkel (PCA és MNF transzformáció alkalmazásával) csökkentett dimenziójú adatokon végeztünk SVM (Support Vector Machine) és maximum likelihood algoritmusokkal osztályba sorolást. A referenciaadatokat terepbejárás során, illetve a nagy felbontású ortofotó alapján a)

230

b)


vettük fel és eszerint a tetőfedő anyagokat 10 osztályba soroltuk (vörös cserép, vörös cserép árnyékban, barna cserép, zöld cserép, szürke kátrány, barna kátrány, kék fém, azbesztcement, panelház szigeteléssel, panelház szigetelés nélkül).

6.6.4. Eredmények A „box” típusú adatbázisnál, mely a fentebb leírt módon a tetők alsó szintjét adja meg magasságnak, a különböző tetőtípusok esetében eltérő hibákat kapunk eredményül. A legjelentősebb eltérést a sátortetős épületeknél tapasztaltuk: azok teteje is vízszintes lesz, melyek magassága a valódi tetők legalsó pontjának magasságával egyezik meg. Az ilyen jellegű tetőszerkezet a családi és a társasházakra jellemző. A panelházak esetében a valósághoz képest ez az eltérés sokkal kisebb. Esetükben jellegzetes hibaként jelenik meg az, hogy az épület tetején általában külön elhelyezett lift-gépházak kiemelkedő tömbjei a modellből hiányoznak. Az összetett geometriával rendelkező adatbázis esetében az előbbinél jóval részletesebben jelennek meg az egyes épületek tetőszerkezetei (6.16. ábra). Itt már a sátortetők esetében is valósághűbbek a modellek, és lehetőség van a különböző kitettségek arányos és számszerű definiálására is. Attribútumként megjelenik a tető legkisebb és legnagyobb tengerszint feletti magassága. Az 1 m-es felbontású felszínmodell épületeinél szembeötlő azok szabálytalan alakja, valamint az, hogy sok épület hiányos, vagy teljesen hiányzik (6.17. ábra). E részleges detektálások egyik jellemző oka az, hogy sok esetben fák takarták az épület kisebb-nagyobb részét, így jelentősen korlátozva a tetők detektálhatóságát. A pontfelhőből generált épületmodellek alapterületeinek pontosságvizsgálata alapján kimutatható, hogy az egyes eltérő típusok (családi ház, társasház, panelház) alaprajzai eltérő nagyságú torzulást szenvednek el a modellezésben. Ennek oka egyrészt a pontfelhő véges pontsűrűségének köszönhető, másrészt pedig a tetők túllógása megnöveli az alaprajzok kiterjedését. A legnagyobb különbséget a családi házak esetében tapasztaltuk (a 4 fő irányban átlagosan 0,85 m eltérés). Ennél valamivel kisebb mértékben tér el a geodéziai méréstől a társasházak átlagos területe (0,65 m). A legkisebb eltérést a panelházaknál tapasztaltuk (0,43 m), ami várható volt az itt jellemzően hiányzó túllógó tetők miatt. Az eltérés az alapterületeket az előbbiekkel összhangban érinti. A legegyszerűbb „box” modell esetében a családi házak átlagosan 29,5%-kal nagyobbak a valós területhez képest. A társasházaknál ez 10%, míg a panelházak alaprajzában csupán 5,5% eltérést eredményez. A részletesebb modell esetén a családi házak átlagos eltérése harmadával, 20,3%-ra csökkent. A társasházak területi eltérése már alig mérséklődött (7,5%), a panelházaknál pedig nőtt a hiba (8,9%). Az 1 m-es felbontású felszínmodellben a családi házak területe átlagosan 24,5%-kal tér el a geodéziai méréseken alapuló alapterületektől, és meglepő módon a másik két típus ennél jelentősebb eltéréseket mutat (társasházak: 30,6%, panelházak: 34,9%). A magasabb értékek oka főként az, hogy a modellben nem egyszerű elválasztani az épületeket a fáktól (vö. 6.17. ábra). 231


1,4

Eltérés (m)

1,2 1,1 0,8 0,6 0,4 0,2

0

0,0 családi ház

panelház épülettípus

társasház

50 m

mért épületalaprajzok DFM alapján generált épület-alaprajzok

6.17. ábra. A digitális felszínmodell alapján generált épület-adatbázis részlete, valamint a geodéziai alaprajzok (DFM: digitális felszínmodell)

E vizsgálat egyik célja a napelemek és napkollektorok telepítési potenciáljának felmérése a tetőkön. A fentiekben vázolt hiba mértéke a LIDAR adatokból kinyert tetőfelületre reális mivel az ereszre jellemzően nem szerelnek napelemeket, így a falak függőleges síkjával elvágólag tekinthetünk hasznos felületként a tetőkre. A tetők alakjának modellezése – mely szintén fontos befolyásoló tényezője a napelemek telepítésének – az alkalmazott módszerekkel nem tökéletes. A másik fontos épületenergetikai jellemző az épületek teljes hűlő felülete. A teljes hűlő felületre vetítve a különbség átlagosan 197 m2. Ez a valós értékekhez képest kerekítve 15%-kal nagyobb kiterjedést jelent, ami az alapfelületen túllógó ereszekkel indokolható. A geodéziai mérések és a LIDAR eredmények különbségei elfogadható szinten mozognak, és korrigálva azokat az ereszek átlagos kilógásával jó közelítést kapunk az épületek hűlő felületeire is. A tetők osztályozása minden alkalmazott módszerrel legalább 75% feletti tematikus pontosságú volt. A legjobban osztályozható (85%< pontosság) tetőfedő anyagok a panelházak tetői (mind a szigetelt, mind a szigeteletlen változat), valamint a vörös, barna és a zöld cserepek voltak. Módszerünkkel szintén 85% feletti pontossággal tudtuk azonosítani az azbesztcement tetőket, melyek potenciális veszélyt jelentenek a mállási folyamatok, valamint a mechanikai sérülések után kiszabaduló azbesztrostok miatt, továbbá e tetőfedő anyagok cseréje különösen nagy gondosságot igényel amellett, hogy ez emberek jó része ennek nincs tudatában. Legkevésbé pontosan (40%> pontosság) 232

Irodalom

a szürke kátrányt tudtuk azonosítani, továbbá jelentős hibát okozott viszont a vörös cserepek osztályozásában az árnyék.

6.6.5. Összefoglalás Munkánkban a LIDAR pontfelhőből származtatott épületgeometriai adatok pontosságát vizsgálatuk meg. Több módszert hasonlítottunk össze, melyek közül volt olyan megoldás, melynek pontossága lehetővé teheti a napelemek, vagy napkollektorok telepítési potenciáljának, továbbá zöldtetők kialakításának a kataszterezését. A pontfelhő mindezek mellett falfelületek becslésére is lehetőséget ad, melyből az épületek energiamegkötésére és hőveszteségére is következtethetünk. A tetők anyagát néhány kivételtől eltekintve (pl. szürkekátrány-tető) 85% feletti megbízhatósággal azonosítottuk. A tetőfedési anyagok megismerése számos környezetvédelmi kérdésben segíthet (pl. azbeszt tetők azonosítása), vagy tűzterjedés kockázat felmérésében kaphat jelentőséget.

Irodalom [6.1] MacKay, D. J. C.: Fenntartható energia – mellébeszélés nélkül. Vertis és Typotex Kiadó, Budapest, 2011 [6.2] Faragó T.: Dohai klímakonferencia: új kezdet vagy az érdemi döntések újbóli elhalasztása, 2012, http://www.greenfo.hu [6.3] Bevington, R.–Rosenfeld, A. H.: Az épületek és lakások energiaellátása. Tudomány, 1990, 6. 11. 29–35. [6.4] Isaac, M.–Vuuren, D. P.: Modeling global residential sector enregy demand for heating and air conditioning in the context of climate change. Energy policy, 2009, 37. 507–521. [6.5] Gustavsson, L.–Joelsson, A.: Energy conservation and conversion of electrical heating systems in detached houses. Energy and Building, 2007, 39. 717–726. [6.6] Güneralp, B.–Seto, L. C.: Can gains in efficiency offset the resource demands and CO2 emissions from constucting and operating the built environment? Applied Geography, 2012, 32. 40–50. [6.7] Kalmár F.: Energiafelhasználás csökkentése lakóépületekben, készült a Nemzeti Fejlesztési és Gazdasági Minisztérium támogatásával, Építésügy 2008. keretében, 2010 [6.8] Varga M.–Németh G.–Csitári Cs.: A fa mint megújuló energiaforrás. In: Molnár S. (szerk.) Örök társunk a fa. Nyugat-magyarországi Egyetem Kiadó, Sopron, 2011, 38–45. [6.9] Schöberl M.–Börcsök Z.–Führer E.: Erdő és a faanyag szerepe a klímavédelemben. In: Molnár S. (szerk.) Örök társunk a fa. Nyugat-magyarországi Egyetem Kiadó, Sopron, 2011, 21–26. [6.10] Reményi K.: Energetika – CO2 – felmelegedés. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2010 [6.11] TEIR (Országos Területfejlesztési és Területrendezési Információs Rendszer). www.teir.vati.hu [6.12] Vajda Gy.: Energiaellátás ma és holnap. MTA Társadalomkutató Központ, Budapest, 2004, 81–83. [6.13] Paládi, M.–Szabó, Sz.–Megyeriné Runyó, A.–Kerényi A.: Firewood consumption and CO2 emission of detached houses in rural environment, NE-Hungary. Carpathian Journal of

233

6. A biomassza és a földhő energetikai felhasználásának környezeti hatásai Earth and Environmental Sciences, 2014, 9, 199–208. [6.14] Somogyi, Z.–Hidy, D.–Gelybó, Gy.–Barcza, Z.–Churkin,a G.–Haszpra, L.–Horváth, L.– Machon, A.–Grosz, B.: Modelling of biosphere-atmosphere exchange of greenhouse gases – Forests. In: Haszpra, L. (ed.) Atmospheric Greenhouse Gases: The Hungarian Perspective. Springer, Dordrecht–Heidelberg–London–New York, 2010 [6.15] Atkins, P. W.: Fizikai kémia. I. kötet. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2002 [6.16] KSH (2008) Háztartások energiafogyasztása [6.17] Uusitalo, V.–Havukainen, J.–Manninen, K.–Höhn, J.–Lehtonen, E.–Rasi, S.–Soukka, R.– Horttanainen, M.: Carbon footprint of selected biomass to biogas production chains and GHG reduction potential in transportation use. Renewable Energy, 2014, 66, 90–98. [6.18] EBA: Present status and future prospects of biogas/biomethane in Europe. 2012 http:// european-biogas.eu/ [6.19] Fazekas I.–Szabó Gy.–Szabó Sz.–Paládi M.–Szabó G.–Buday T.–Túri Z.–Kerényi A.: Biogas utilization and its environmental benefits in Hungary. International Review of Applied Sciences and Engineering, 2013, 4(2) 129–136. [6.20] Stockholm Environment Institute: A material flow analysis and ecological footprint of York, 2002 http://www.sei-international.org/mediamanager/documents/ Publications/Future/ Material_Flow_Analysis_york.pdf [6.21] Carbon Trust: Conversion factors. (Energy and carbon conversions, 2013 update) http:// www.carbontrust.com/media/18223/ctl153_conversion_factors.pdf [6.22] Nemzeti Energiastratégia 2030. Nemzeti Fejlesztési Minisztérium, Budapest, 2012 [6.23] EEA: Annual European Union greenhouse gas inventory 1990–2010 and inventory report 2012, http://www.eea.europa.eu/publications/european-union-greenhouse-gasinventory-2013 [6.24] Grosz B. P.: Üvegházhatású gázok (CO2, N2O, CH4) talajfluxusainak meghatározása magyarországi mezőgazdasági és erdősült területeknél, PhD disszertáció, ELTE, Budapest, 2010 [6.25] PAS 2050: 2011. Specifi cation for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services, BSI London, United Kingdom, 2011 [6.26] Lund, J. W.–Freeston, D. H.–Boyd, T. L.: Direct Utilization of Geothermal Energy 2010 Worldwide review. Proceedings World Geothermal Congress, Bali, Indonesia, 25–29. April 2010, 23 p. [6.27] Abbasi, S. A.–Abbasi, N.: The likely adverse environmental impacts of renewable energy sources. Applied Energy, 2000, 65, 121–144. [6.28] Rybach, L.–Eugster, W. J.: Sustainability aspects of geothermal heat pumps. In: Proc. 27th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering. Stanford University, Stanford, California, 2002, 50–64. [6.29] Ochsner, K.: Geothermal Heat Pumps. A Guide for Planning and Installing. Earthscan, London, 2007 [6.30] Omer, A. M.: Ground-source heat pumps systems and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2008, 12, 344–371. [6.31] Komlós F.–Fodor Z.–Kapros Z.–Vajda J.–Vaszil L.: Hőszivattyús rendszerek: Heller László születésének centenáriumára. Dunaharaszti, 2009 [6.32] Buday T.–Török I.: Működő hőszivattyús rendszerek hatása a felszínközeli üledékek hőmérsékletére egy Debreceni példa alapján. Magyar Épületgépészet, 2011, 1–2, 21–24. [6.33] Mehnert, E.: The Environmental Effects of Ground-Source Heat Pumps. A Preliminary Overview. Illinois State Geological Survey Open-File Series Report, 2004, 2, 9. [6.34] Saner, D.–Juraske, R.–Kübert, M.–Blum, Ph.–Hellweg, S.–Bayer, P.: Is it only CO2 that matters? A life cycle perspective on shallow geothermal systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14, 1798–1813.

234

Irodalom [6.35] Jenkins, D. P.–Tucker, R.–Rawlings, R.: Modelling the carbon-saving performance of domestic ground-source heat pumps. Energy and Buildings, 2009, 41, 587–595. [6.36] Bayer, P.–Saner, D.–Bolay, S.–Rybach, L.–Blum, P.: Greenhouse gas emission savings of ground source heat pump systems in Europe: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, 16, 1256–1267 [6.37] Buday, T.–Török, I.: Possibilities and problems in the modelling of operating borehole heat exchanger (BHE) systems based on field studies. In: Proceedings of 18th Building Services, Mechanical and Building Industry days, International Conference, EUG-12-02, 2012, 8. [6.38] Lóczy D.–Czigány Sz.–Dezső J.–Gyenizse P.–Kovács J.–Nagyváradi L.–Pirkhoffer E.: Geomorfológiai feladatok a Pécs környéki bányaterületek helyreállításának tervezésében. In: Horváth E.–Mari L.: Természetföldrajzi kutatások Magyarországon a XXI. század elején: Tiszteletkötet Gábris Gyula Professzor Úr 70. születésnapjára, ELTE TTK, Budapest, 2012, 114–120. [6.39] Szatmári, J.–Szíjj, L.–Mucsi, L.–Tobak, Z.–van Leeuwen, B.–Lévai, Cs.–Dolleschal J.: Comparing LIDAR DTM with DEM-5 of Hungary. In: Geiger, J.–Pál-Molnár, E.–Malvić T. (ed.) New Horizons in Central European Geomathematics, Geostatistics and Geoinformatics. Selected studies of the 2011 Croatian-Hungarian Geomathematical Convent, Mórahalom, 2012, 151–158. [6.40] Jenoble, J.–Remer, R.–Tanré, D. (ed.): Aerosol Remote Sensing. Springer Kiadó, Heidelberg– New York–Dordrecht–London, 2013, ISBN 978-3-642-17725-5 (eBook) [6.41] Lénárt, Cs.–Burai, P.–Smailbegovic, A.–Biro, T.–Katona, Zs.–Andricevic, R.: Multisensor integration and mapping strategies for the detection end remediation of the red mud spill in Kolontár, Hungary: Estimating the thickness of the spill layer using hypersptectral imaging and LIDAR. WHISPERS Workshop Lisbon, Portugal, 6–9. June 2011. [6.42] K irály, G.–Brolly, G.–Burai, P.: Tree Height and Species Estimation Methods for Airborne Laser Scanning in a Forest Reserve. SilviLaser Conference 2012, Sept. 16–19. September 2012 – Vancouver, Canada, 2012 [6.43] Li, Y.–Wu, H.–An, R.–Xu, H.–He, Q.–Xu, J.: An improved building boundary extraction algorithm based on fusion of optical imagery and LIDAR data. Optik, 2013, Vol. 124, 5357–5362. [6.44] Tse, R.–Gold, C.–Kidner, D.: 3D City Modelling from LIDAR Data. In: Oosterom, P.– Zlatanova, S.–Penninga, F.–Fendel E. (eds) Advances in 3D Geoinformation Systems. Springer Kiadó, 2008 [6.45] Yu, B.–Liu, H.–Wu, J.–Hu, Y.–Zhang, L.: Automated derivation of urban building density information using airborne LiDAR data and object-based method. Landscape and Urban Planning, 2010, Vol. 98, 210–219. [6.46] Toth, C. K.–Csanyi, N.–Grejner-Brzezinska, D. A.: Improving LiDAR-based Surface Reconstruction Using Ground Control. In: Tregoning P.–Rizos C. (eds) Dynamic Planet. ISBN 978-3-540-49350-1. Springer Kiadó, 2005 [6.47] Verőné Wojtaszek M.: Fotointerpretáció és távérzékelés 3. Digitális tankönyv. 2010 http:// www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0027_FOI3/adatok.html. Letöltve: 2014. [6.48] A lexander, C.–Skith-Voysey, S.–Jarvis, C.–Tansey, K.: Integrating building footprints and LiDAR elevation data to classify roof structures and visualise buildings. Computers. Environment and Urban Systems, 2009, Vol. 33, 285–292. [6.49] Yang, X.: Urban Remote Sensing: Monitoring, Synthesis and Modelling in the Urban Environment. Wiley, 2011 [6.50] Szalai, Z.–Kiss, K.–Jakab, G.–Sipos, P.–Belucz, B.–Németh, T.: The use of UV-VIS-NIR reflectance spectroscopy to identify iron minerals. Astronomical Notes, 2013, 334, 940–943.

235

7. Biogenerációs növények kutatása a Debreceni Egyetemen és a magyar agrár-biotechnológiai innováció néhány kitörési pontja 7.1. Bevezetés 1982 végén a Mezőgazdasági Kiadó gondozásában és Velich István szerkesztésében megjelent egy nagy feltűnést keltő szakkönyv Válság, vagy egyensúly? címmel. A Zöldségtermesztési Kutató Intézet Budatétényi Kutató Állomás szakemberei és néhány felkért külső szakember által írt mű arra kereste a választ, hogy a következő évtizedekben miképpen alakulhat a zöldségnövények rezisztencianemesítésének jövője az akkori legújabb biológiai, ökológiai, genetikai és nemesítési törekvések, ismeretek függvényében. E korát megelőző, ám ma már elfelejtett könyv azonban jóval túlmutatott a szűkebb szakterületén. Az „elvesztett csaták stratégiai tanulságai” kapcsán ugyanis kijelölte azt a lehetséges és követhető, követendő utat a jövő agrártudósainak, fejlesztőinek, agrármérnökeinek, amelyen a felelősen gondolkodó döntéshozóknak és vezetőknek is haladniuk kellene a mesterséges és a természetes evolúció között húzódó, igencsak szűkre szabott mezsgyén [7.1]. A könyvben magyar nyelven elsőként – vagy elsők között – megtalálható a genetikai transzformálás lehetőségeinek értékelése is Fári Miklós Gábor tollából. Akkor még nem voltak GMO-fajták, nem voltak szabadalmak, és sehol sem volt GMO-vita. Azóta éppen egy emberöltő, 33 év telt el; a világon jelenleg 180 millió hektáron termesztenek ilyen növényeket. Vajon újabb 33 év elteltével – 2047–2050 körül – milyen növényeket termesztenek a gazdák? Milyen ökoszisztémákat tanulmányoznak majd a kutatók Európában, Kínában, Indiában, az USA-ban, Brazíliában? És Magyarországon? E sorok szerzői szerény kísérletet tesznek arra vonatkozóan, hogy néhány fontosnak ítélt kutatási terület segítségével bemutassák azt, hogy a mezőgazdasági biotechnológia egyre szélesedő fegyvertára milyen hatékony eszköz lehet a nemzetközi és hazai agrárinnováció felgyorsításában a biofinomítók és bioipari farmok előttünk álló új korszakában. Nem kétséges, hogy e módszerek segítségével a természetes és a mesterséges ökoszisztémák közötti összhang szellemében, a békés egymás mellett élés megteremtésére fokozottan alkalmas új technológiák fognak megszületni. Úgy véljük, hogy a biogenerációs növények kutatása és várható megjelenése a piacon jól képviseli ezt a folyamatot. A Debreceni Egyetemen 2001-ben megfogalmazott PRODEBIOTECH program (Fári Miklós, 2001, publikálatlan) és a belőle táplálkozó debreceni mezőgazdasági biotechnológia kezdi megérlelni újabb gyümölcseit. Munkánk nem érinti azokat a határterületeket, amelyeken nagy összefoglaló művek, stratégiák jelentek már meg magyar nyelven (biomassza, bioenergia, megújítható energiák stb.). *** 237

7. Biogenerációs növények kutatása a Debreceni Egyetemen és…

A 21. század első felének meghatározó tudományos-technológiai kihívása a rendelkezésre álló mezőgazdasági és egyéb természeti erőforrásokkal történő fenntartható gazdálkodás, a légi, a szárazföldi és a vízi életterekben. A többé-kevésbé mértékadó, immár gigantikus méretű számokat a napi sajtó ezernyi csatornái röpítik világgá, teret adván olykor a legújabb neo-malthusianista gondolatoknak is. A szélsőségesebbé váló időjárás, a társadalmi, pénzügyi és gazdasági krízisek, az elosztási rendszerek egyenetlenségei, Észak és Dél viszonyának ellentmondásai, a harmadik világ feltörekvő hatalmainak óriási energiaéhsége, a környezetszennyezés, a termőföldek globális felvásárlásának kérdőjelei következtében a globális gazdaságok társadalmi vis�szajelzései körében egyre gyakrabban hallani vészharangot és metafizikai jóslatokat is. Jogos elvárás, hogy a tiszta tudomány és innováció szellemi-erkölcsi oltalma felé fokozottabban forduljon az emberiség. Az élelmiszer-termelés mellett a föld terményeinek energia célú használata területén paradigmaváltást előkészítő viták tanúi és szereplői vagyunk. A világ vezető tudományos folyóirata, a Nature 2010. júliusi végi számában közzétett összefoglalók hitelesen mutatják ezen összetett folyamatok globális ellentmondásait, keresve azokra a megnyugtató és hosszú távú remediumokat [7.2]. Megállapítják, hogy az új évezred első évtizedének végén a világ megújítható energia iránti éhsége – eddig nem tapasztalt intenzitással – tovább fog növekedni; ez a tendencia visszafordíthatatlannak tűnik. Nemzetközi és hazai tanulmányok tucatjai új és hosszú távon is fenntartható megoldások sorában kiemelt helyen említik a marginális területeken is gazdaságosan előállítható növényi biomassza ipari léptékű előállításának problémakörét. Érthető, hogy az újabban „zöld” előtaggal és/vagy jelzővel illetett technológiák által nyújtott lehetőségek sora egyre kifinomultabb eszközökkel, folyamatosan gyarapodik.

7.2. A zöldiparok növényi szaporítóanyaga: mag legyen vagy klón? A természetben a magasabb rendű növények jelentős többsége magról szaporodik. Ez a képesség az evolúció során a magvas növények (Spermatophyták, jelenleg 33 704 faj) megfelelő szerveinek és szöveteinek anatómiai, élettani módosulása révén alakult ki, mintegy 200–285 millió évvel ezelőtt. A magról történő szaporodás előtti ivaros megtermékenyítést meghatározó genetikai törvények biztosítják egyrészt a kialakult fajok, változatok fennmaradását, másrészt az új változatok megjelenését és azok későbbi elterjedését. Ezt a generatív folyamatot különböző eszközökkel irányítani lehet. Eleinte az ösztönös, majd tudatos, később tudományos eszközökkel folytatott emberi beavatkozás, a növénynemesítés az elmúlt száz esztendőben új fajták tíz- és százezreit válogatta ki, és újabban millióit tervezi meg, hozza létre. Erre éppen a molekuláris biológiát és genetikát egyesítő, ún. molekuláris nemesítés eszközei tűnnek hatékony lehetőségnek. A természet számos biológia eszközt is alkalmaz bizonyos fajok és változatok spontán vegetatív szaporodásának elősegítésére. A természetes klónozódás egyfajta kiútként szolgál a termékenyülési nehézségeket mutató, ám jobban adaptálódni képes nö238

7.2. A zöldiparok növényi szaporítóanyaga: mag legyen vagy klón?

vények evolúciójában. Ezt a vegetatív folyamatot ugyancsak különböző eszközökkel lehet irányítani, például az értékesebb táplálék biztosítására, az állati takarmányok előállításához és az ipari feldolgozáshoz szükséges nyersanyag céljára. A kezdetben ugyancsak ösztönös, majd tudatos, később tudományos eszközökkel folytatott emberi beavatkozás a növények nagy tömegben történő vegetatív szaporítására, klónozására elsőként dísznövénykertészek és gyümölcstermesztők fejlesztettek ki megfelelő módszereket. Több évezredes tapasztalat akkumulálódása és állandó fejlesztése alapján így létesülhettek a fás szárúak között pl. almás- és szőlőskertek, a lágyszárú növények között pl. burgonya és fokhagyma táblák. Napjainkban a klónozással szaporított növényfajok száma ezres nagyságrendű, az így termeszthető fajták száma akár százezres nagyságrendű is lehet. A molekuláris nemesítéssel párhuzamosan széles körben alkalmazható vegetatív szaporítási módszereket a biotechnológia mintegy ötven éve kutatja. Így született meg a mikroszaporítás. Ma laboratóriumok ezreiben évente egymilliárdnál nagyobb számban állítanak elő növényi klónokat. Az elmúlt húsz évben azonban világossá vált, hogy e limitált klónozó kapacitás és a sok élőmunkára alapozott költséges technológia nem tudta és nem fogja tudni kiszolgálni az előttünk álló bioenergia- és bioüzemanyag korszak által megkövetelt, világméretű speciális klónozási igényeket. Az új klónozási korszak növényeit ugyancsak komplex, ugyanakkor eddig elhanyagolt képességek és/vagy kevéssé kutatott tulajdonságok jellemzik. Alapvető követelmény, hogy ezek az új növények térben és időben maradéktalanul szolgálják ki az ipari feldolgozás igényeit, elsősorban élelmiszertermelésre nem alkalmas, ún. marginális területeken. A megfelelő tömegű és minőségű nyersanyag-szolgáltatás mellett legyenek évelők, szárazságtűrők, ne termeljenek allergén pollent. Ne legyenek invazívok, ne kelljen öntözni és gyomirtó szereket használni. Betegségekkel és kártevőkkel szemben ne kelljen kémiai anyagokat alkalmazni, a széndioxid-megkötés mind a talajban, mind a föld feletti részekben legyen kiemelkedő, stb. A potenciálisan alkalmazásba vehető mintegy 80 faj között az ilyen, ma még inkább különlegesnek számító növények száma nagyon kevés, illetve tökéletes fajták ma még nincsenek. Annak ellenére nincsenek, hogy a biomassza ellátó láncolatban az év minden napján kell biomasszát feldolgozni, a betakarítási, szállítási, tárolási veszteségek és költségek minimalizálásával. Ráadásul, más biomassza-növény kell a trópusokra, mint a mérsékelt klímára. A jövőnknek szerves része új növényfajok létrehozása, vad és/vagy pre-domesztikált fajokból, programozott, irányított neo-domesztikálással, növények honosításával stb. Tekintettel arra, hogy e kérdéskör komplex, és egyre bővülő tevékenységet fedhet le a jövőben, mint pl. a növényi biomassza, energianövények kérdéseit is, e helyütt csak néhány példát ismertetünk. A nagy dísznövény-nemesítő cégek e téren megnyilvánuló háttérmunkája tűnhet fel leginkább a hétköznapi embereknek: évről évre újabb, eddig nem látott növények, hibridek jelennek meg a virágpultokon. A jövő ipari biomassza ügye ennél mondhatni szürkébb, kevésbé látványos a szemünknek, ugyanakkor mélyreható szerkezeti változásokról tanúskodik. Az ún. cellulóz- és/vagy faszén-, facsipsz- stb. termelő Eucalypus-monokultúrák térhódítása talán a legjobb példák egyike, a cukornád-klónfajták mellett. Statisztikák 239


szerint jelenleg 20 000 000 ha-t meghaladó Eucalyptus klón-állományok találhatók világszerte, melyből Brazíliában 7 000 000 ha feletti ültetvényfelület van. A brazil fajták nagy része eredetileg egy botanikus kertben spontán keletkezett nemzetség-hibrid, az Eucalyptus grandis × Europhylla sp. továbbszelektált, kizárólag vegetatív úton, az Universidade Federal de Viçosa Erdőmérnöki Intézetében kidolgozott módszerrel, az ún. makropropagációs technikával szaporított utódai. Átlagosan hétéves rotációs ciklusban számolnak; csak Brazíliában évente közel 1 millió hektár új ipari Eucalyptus sp. állomány telepítése szükséges; az évente előállított új hibridek száma 20–25 körül alakul. A nemesítés a legkorszerűbb molekuláris biológiai módszerekkel folyik, beleértve a rezisztencia-nemesítés valamennyi legkorszerűbb fortélyát. Ezt a munkát elsősorban a nagy nemzetközi vállalatok finanszírozzák, hasonló színvonalon, mint azt teszik pl. a káposztafélékkel, salátával, paprikával, paradicsommal. A brazíliai módszerek terjedőben vannak a világ más részein is, pl. Kínában, Indiában, Indonéziában stb. Az ok minden esetben kitapintható. A világ egyre növekvő cellulózéhsége – egyelőre a papíripar és a faszén területén –, újabban pedig facsipsz-, brikett- stb. felhasználás oldalán. Egyes elképzelések és megkezdett beruházások szerint ezen utóbbi szubproduktumok Európa nyugati felének óriási biomassza-erőműveit szolgálják majd ki (pl. Angliában). A növényvilág 70–80%-a poliploid eredetű, a termesztett növények döntő többsége szintén az. A növények ploid-szint növelése, és azt követő genetikai homeosztázis megteremtése a természetes evolúciós folyamat része, a ma elfogadott nézetek szerint. Ez az evolúció – biológiai értelemben – napjainkban is tart. E folyamat velejárója a vegetatív szaporodás különböző eszközeinek megjelenése a természetes populációkban (viviparia, tarackolás stb.). A megtermékenyülés nélküli, pl. apomiktikus növényfajok száma egyes becslések szerint félszáz körüli. Ezek akkor jönnek létre, amint a terület meghódításához a genetikai rekombináció és az azt következő spontán szelekció még, vagy már nem, vagy csak vontatottan lehetséges. Például faj- és nemzetséghibridek esetében a klón-egyed genotípus-fiziológiailag alkalmas lehet az adott élőhely, terü-

7.1. ábra. Biogenerációs növények kutatása a Debreceni Egyetemen A) A Poly-mályva program keretében hatékony módszereket kutatunk az energiamályva-fajok poliploidizálására: Althaea officinalis diploid genom flow-citométeres képe. B) Sida hermaphrodita kallusztenyészet a genetikai variabilitás növelésére: a jövő sikerének egyik kulcsa az in vitro növényregenerálás. (Kurucz Erika és Szarvas Pál kísérletei.) (Szarvas Pál fotói)

240

7.3. A biogenerációs növények fogalma és jelentősége

let meghódítására, benépesítésére. A termesztett növények kultúrevolúciójában a poliploid utódok fennmaradását tekintve a klónstratégia szintén előnyös. A világ legtöbb termesztett klón-gyümölcse poliploid, auto- vagy amphiploid, a természetben maguktól nem maradhatnának fenn. Látható, hogy a közeljövőben a klasszikus növények genetikai eszközökre (új faj- és nemzetséghibridek, apomiktikus fajok és fajták, új poliploidok, aneuploidok, kémiai, fizikai és űrtechnikai eredetű mutánsok) épülő neo-domesztikálása a biomasszanövények területén fel fog gyorsulni (7.1. ábra). Úgy véljük, hogy az in vitro technikák és a korábbi, illetve új nemesítési módszerek integrált alkalmazásával új, „biogenerációs” fajok és fajták előállításának a korszaka érkezett el.

7.3. A biogenerációs növények fogalma és jelentősége A „biogenerációs növények” („biogeneration crops”) szókapcsolat egy eddig nem alkalmazott elnevezés. A biotechnológiai módszerek integrált alkalmazásával előállított, új generációs termesztett növényeket, és azok szaporítóanyagát kívánja kifejezni („biotechnology” and „new generation” = „bio+generation”). A biogenerációs növények a jövő növényei; az agrár- és biotech innovációra épülő, fenntartható jövő bioipari farmjain fognak elterjedni. Ennek a folyamatnak a kezdetén tartunk; a fejlődés legfőbb mozgató rugója a közgazdasági alapokon nyugvó, megújítható források iránti kielégítetlen alapanyag-kereslet és energiaigény. Környezetvédelmi és mezőgazdasági szakértők 2010-ben kiszámították, hogy Európa, USA, Afrika, Kína, India és Dél-Amerika térségében mintegy 320–702 millió

7.2. ábra. Európa, az USA, Afrika, Kína, India és Dél-Amerika térségében minimum 320, maximum 702 millió hektár élelmiszer-előállításra nem alkalmas, felhagyott, degradált, marginális terület van. A) Kínában a Loess-Plateau térségében 600 000 km2 degradált terület található. B) Száraz, félsivatagi terület Portugália délkeleti részén. (Fári Miklós felvételei)

241


hektár ún. marginális terület található. Ezeken vagy felhagytak már a mezőgazdasági termeléssel, vagy olyan alacsony a talaj termőképessége, hogy jövedelmező mezőgazdasági termelésre – jelen állapotukban – alkalmatlanok. Amennyiben a füves pusztákat, szavannákat, bokros természetes vegetációkat – az ún. LIHD-területeket – is energiatermelőként hozzászámítják az ún. marginális területekhez, akkor ezek együtt 1107–1411 millió hektárt tesznek ki. Ezeken a területeken – hagyományos növénykultúrákat és agrotechnikákat felhasználva – a biomasszára alapozott agro-(bio) üzemanyag-termeléssel a jelenlegi folyékonyüzemanyag-világszükséglet 26–55%-át lehetne elméletileg megtermelni (7.2. ábra). Egyetértés van a felelősen gondolkodó szakemberek és nem szakemberek körében: a természet évmilliók alatt felépített javait már nem lehet tovább pusztítani; még az energiaínség jelen intenzív korszakában sem [7.3]. Agrárközgazdászok felhívták a tudományos körök figyelmét arra, hogy a természetes vegetáció további károsítása csak akkor kerülhető el, ha csupán a 320–702 millió hektárnyi marginális agro-ökoszisztémákon állítják majd elő azt az energiamennyiséget, amelyet a világ igényel (7.2. ábra). Ennek érdekében – állapították meg amerikai tudósok 2009-ben – a rendelkezésre álló leghatékonyabb biológiai, genetikai és egyéb nemesítési módszerek felhasználására van szükség. Továbbá új, és adekvát mezőgazdasági-földművelési módszereket kell majd kifejleszteni. Kiszámítható, és tervezhető prognózis tehát az, hogy a következő ötven évben a mindenkori legfejlettebb technikák összességével fogják majd előállítani, szaporítani és termelni a jövő biomassza- és energianövényeit [7.3]. A biomassza kérdésköre ugyanakkor közvetlenül összefügg a termesztett növényfajok genetikai felépítésével, melyek GMO-vonatkozásait jelen tanulmányunkban később részletezzük. Az emberiség éves energiafogyasztása jelenleg 15 TW, mely 2030-ra eléri a 20 TW/ évet. A légköri szén-dioxid megkötésén kívül a fotoszintetikus fényenergia-átalakítás természetes és mesterséges folyamatát éppen ezért energiatermelési szempontok figyelembevételével is tanulmányozzák világszerte. E kutatások központi területe jelenleg a biomassza- és a fotoszintetikus alapú hidrogéntermelés (H2-termelésre optimalizált természetes, félmesterséges és mesterséges rendszerek, továbbá folyékony üzemanyag termelése természetes fotoszintetikus folyamatokkal) [7.3]. A szántóföldi növénytermelés leginkább egyéves növényeken alapul, ami azért nem csökkenti a CO2-szintet, mert szakértők szerint az intenzív talajművelés több CO2-ot mobilizál, mint a biológiai megkötés. Sajnos az élelmiszerhiány elkerülésére nem sokat lehet változtatni a jelenleg termelt mezőgazdasági haszonnövények spektrumán. Ha évelőnövény-kultúrákkal valósítjuk meg a célzott biomassza-termelést, a föld alatti részek jelentősen növelik a talaj szervesanyag-felhalmozását, ezáltal a szénmérleget illetően jelentős egyensúlyt biztosítva [7.3]. Ebben az átmeneti időszakban minden lehetőséget meg kell ragadni, hogy a pozitív tendenciák kialakuljanak és elkerüljük a környezeti katasztrófát. A GMO-technológiák használatát nem adhatjuk fel, hiszen segítségével árnyaltabbá és hatékonyabbá tehetjük a „zöld” korszak fenntarthatóságát. E nélkül mind az élelmiszertermelés, mind az igazi zöld-biomasszán alapuló energiatermelés szempontjából a leghatékonyabb eszközrendszert adnánk fel [7.3]. 242

7.4. Bioinnovációs prioritások – a jövő biogenerációs energianövényei

7.4. Bioinnovációs prioritások – a jövő biogenerációs energianövényei A biomassza célú növénytermesztésnél számos biológiai, ökológiai, gazdasági és technikai probléma jelentkezik. Több mint 10 000 éves a növénynemesítés. Eddig leggyakrabban a termést, vagy bizonyos növényi részeket céloztuk meg és igyekeztünk minél kisebb biomassza mellett minél több hasznosított részt előállítatni a haszonnövénnyel. Energia szempontjából ezek a részek csak jelentéktelen hányadot képviselnek, mert a növény a CO2 megkötésével, redukciójával létrehozott kémiai energiát szénláncok formájában tárolja, amely döntően cellulóz-lignin-hemicellulóz formájában a sejtfalakban van jelen. Ha tehát energiaátalakítás („energianyerés”) a cél, oda kell fordulnunk, ahol az energia van, azaz a biomasszához, ami döntően a sejtfal C–C kötések energiájának felszabadítása, átalakítása. A jelenlegi haszonnövények többségénél a lignocellulóz sejtfalanyag csak a melléktermékek szintjén (szalma, szár, maghely, hulladék) jelentkezik, amely rendszerint drága a szállítás és összegyűjtés költsége miatt. A biomassza hozzájárulása az energiafelhasználáshoz a jelenlegi 10% körüliről akár 80%-ra is emelhető lenne Magyarországon, ha az erre alkalmas területeket bevonnánk a biomassza-alapú energiatermelésbe [7.3]. A második generációs biomasszanövényeket az intenzív és környezetkímélő biomassza-termelés céljából választjuk ki és nemesítjük tovább. Mivel elkerülhetetlen, hogy a biomassza-termelés marginális minőségű termőföldekre szoruljon vissza és ne versengjen az élelmiszertermeléssel, a szárazságtűrés vagy pont az ellenkezője, az elárasztás, belvíztűrés fontos szempont lehet. Más szélsőséges termőhelyi viszonyoknak is legyen ellenálló, pl. magas só, szélsőséges pH, agrokémiai maradványok, nehézfémszennyeződés, amelyek élelmiszernövények termelését nem teszik lehetővé, vagy nem tanácsos az élelmiszerként történő felhasználásuk. Csak évelő kultúrák jöhetnek szá-

7.3. ábra. Biogenerációs növények kutatása a Debreceni Egyetemen A) A 2010-ben alapított Jövő Növényei Biomassza Bemutató Kertben növekvő, szomatikus embriókról szaporított kétéves olasznád (Arundo donax) állomány (2011. október). B) Terméshozam-vizsgálat célra betakarított bársonymályva (Sida hermaphrodita) biomasszájának tárolása függőlegesre állított kötegekben (2014. március). (Fári Miklós felvételei)

243


mításba, mert az évenkénti talajművelés lerontja a CO2-megkötést. Elsősorban olyan évelő kultúráknak van jelentősége a folyamatos fenntarthatóság szempontjából, melyek a nyugalmi periódus előtt a szárból részben, vagy egészben visszaszállítják a talajba az ásványi tápanyagokat. Például az óriás termetű rizómás fűfélék és óriás mályvafélék ilyenek (7.3. ábra). Ezen fajok rehabilitálják a marginális minőségű termőföldet [7.3].

7.4.1. A fenntarthatóság követelményei Az iparszerű biomassza-termelést a jövőben nyílván úgy fogják megszervezni, hogy egy adott fajt/fajtát mindig a számukra leginkább megfelelő ökológiai, biológiai, gazdasági és társadalmi környezetben kell és/vagy lehet majd termeszteni. Annak érdekében, hogy a sokrétű körülményt a különböző fajok esetében összehasonlíthassuk, számos feltételt kell alaposan figyelembe venni. A következő pontok azt mutatják be, hogy milyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie a jövőben egy optimális cellulóz és/ vagy biomassza előállító, biogenerációs növényi kultúrának – természetesen a szűkebb mérsékelt égövi régiónk adottságait is figyelembe véve: 1. tömegszaporítás lehetősége biotechnológiai módszerekkel (molekuláris és hagyományos nemesítés kombinálhatósága, szomatikus embriógenezis lehetősége); 2. az ültetvény talajkímélő legyen, alacsony fenntartási költségű (pl. nitrogénkötő növénnyel társítható); 3. fagyállóság; 4. évelő; 5. ne legyen se vegetatív, se generatív értelemben invazív (7.4. ábra), a steril pollenű fajok, fajták és/vagy magtalan populációk előnyben vannak; 6. pollenallergia-mentesség; 7. öntözés nélkül is valósuljon meg produktum;

7.4. ábra. A biogenerációs növények nagy felületen ültetett monokultúrái nem lehetnek invazívok, nem okozhatnak allergiát, nem terjeszthetnek vírusbetegséget, kórokozókat és kártevőket. A) Folyóparti invazív olasznád (Arundo donax) állomány Délkelet-Portugáliában (2010. augusztus). B) Egy virágzatban akár kétezer vegetatív utód is lehet: a spontán elevenszülés első megfigyelése egy invazív olasznádállományban a virágszervek helyén (vivipária), Délkelet-Portugáliában (2010. augusztus). (Fári Miklós felvételei)

244

7.4. Bioinnovációs prioritások – a jövő biogenerációs energianövényei

8. sovány és savanyú területekhez is alkalmazkodjon; 9. termőhelyi adottságnak, akár időlegesen elárasztott, folyamatosan száraz, átlagos vízgazdálkodású rendszerhez is tudjon alkalmazkodni; 10. magas természetes cellulóz/lignin aránnyal rendelkezzen, mely összetétel molekuláris nemesítéssel tovább specifikálható; 11. évente biztosítson biomasszatömeget, ne alternáljon; 12. az éves átlagos biomasszahozama haladja meg a 15–20 száraz tonna/ha-t; 13. a növény másod- és harmadlagos hasznosítása is megvalósulhasson (mézelőképesség nektártermelés, rosttartalom, biológiai értékű zöldfehérje-forrás stb.); 14. ne igényeljen extra és új betakarítási technológiát; 15. tárolása egyszerű módszerekkel megoldható legyen, akár éveken át; 16. feldolgozása költséghatékonyan, különleges módszerek alkalmazása nélkül legyen lehetséges (cellulózkinyerés környezetbarát módszerekkel, pelletálás, brikettálás, egyéb préselt ipari féltermékek stb.); 17. az őszi-téli visszahúzódás, lábon történő száradás során a talajba a főbb ásványi anyagok reutilizálódására (csak a „cellulózváz” kerüljön betakarításra); 18. égetéskor fával keverhető legyen, ne okozzon a kazánokban üvegesedést; 19. a régió kisbirtokrendszerén és 20–30 km-es sugarú körben elhelyezkedő kistérségekben is eredményesen és hatékonyan „működhessen”; 20. biológiai károkozókkal szembeni kis kitettség; 21. organikus termelésre való alkalmasság; 22. bioszférához való jó alkalmazkodás, hozzájárulás.

7.4.2. A bioipari farmokkal szemben támasztható követelmények Az új biogenerációs fajokkal és fajtákkal termelő bioipari, bioenergia és bioüzemanyag farmok a dendro- és biomassza iránti igényeik kielégítésére az eddigieknél minimum egy nagyságrenddel nagyobb számú – főleg mesterségesen, új eszközökkel, módszerekkel klónozott – szaporítóanyagot kell majd telepíteni (7.5. ábra), az alábbi fő kritériumok alapján: 1. a megfelelő szaporítóanyag a telepítés helyén időben és számban álljon rendelkezésre; 2. nagy teljesítményű gépekkel, kevés kézimunka felhasználással lehessen ültetni, átlagostól eltérő időjárás és különböző klímakörülmények között is; 3. álljon rendelkezésre a teljes szaporítóanyag egy szezonban, üzemenként minimum 100, maximum 1000 ha nagyságú ültetvények telepítésére; 4. a fenti területre telepített biogenerációs növény egyedek száma érje el az 1–10 millió db/üzem nagyságrendet; 5. a telepítési logisztika könnyen adaptálható legyen változó külső körülményekhez (szaporítóanyag átmeneti tárolása és gondozása); 6. az ültetés gépe, eszköze ne legyen költségesebb, mint a szántóföldi zöldségtermesztésnél használatos palántaültető gépek és/vagy a gabonatermesztésben használt vetőgépek; 245


7.5. ábra. A biogenerációs növények egyik legígéretesebb növénye az olasznád (Arundo donax), amennyiben nagy felületen ültetve garantálható az invazivitás megakadályozása: nincs pollenje, nem hoz magot, nem okoz allergiát, a biotechnológiai úton szaporított klónok vírus, kórokozó-, és kártevőmentesek, magas a WUE-egyenértéke, részlegesen N-önellátó, kiemelkedő a CO2-megkötése, a sós-szikes marginális területeket jól tűri. A) A Debreceni Egyetem Élettudományi Épület területén 2013 májusáig működő start-up biotech cég, a MOP Biotech Kft. (Nyíregyháza) 2012/2013-ban 4,5 millió biotechnológiai úton szaporított palántát állított elő a Mossi-Ghisolfi Group (Olaszország) részére. B) A világ első ipari demonstrációs cellulózetanol-előállító üzeme kamionokkal szállította el a biogenerációs olasznádpalántákat Észak-Olaszországba. Egy kamionban 120 000 db biotechnológiai úton előállított palánta fért el (12 ha felület, 2012. május). (Fári Miklós felvételei)

7. a szaporítóanyag legyen kiegyenlített, azonos fejlettségű és korú; 8. a szaporítóanyag kora, a föld feletti részének és gyökerének mérete, terjedelme, pozíciója a telepítési technológia igényei szerint legyen flexibilis; 9. a szaporítóanyag ne hordozzon betegséget és ne mutasson kártétel tüneteket; 10. a szaporítóanyag élettani állapota mindenben igazodjon a telepítési körülmények által megköveteltekhez; 11. a telepítést betanított munkásokkal is el lehessen végezni; 12. egy hektár szaporítóanyag költsége – mai áron – a 15–20 száraztonna/ha/év feletti szárazanyagot előállítani képes növények esetében ne haladja meg az 1000 USD-t, a 20–40 száraztonna/ha/év feletti szárazanyagot előállítani képes növények esetében a 2000 USD-t.

7.5. Új sejtbiológiai eszközök – a bioipari farmok létrehozásának lehetősége növényi őssejtekből A szomatikus embriógenezis (SE), mint in vitro morfogenetikai folyamat felfedezése óta [7.4] [7.5] eltelt több mint öt évtized során a világ tudományos műhelyeiben lendületes munka indult meg ennek biológiai megértése, szabályozása területén, valamint a módszer hatékony mezőgazdasági technológiává történő fejlesztése 246

7.5. Új sejtbiológiai eszközök – a bioipari farmok létrehozásának lehetősége növényi őssejtekből

érdekében. A szomatikus embriók gyakorlati alkalmazását célzó kutatások napjainkig az individualizált embriók felhasználása irányában folytak, úgymint a (maganalóg) mesterséges mag létrehozása (a) és a (burok nélkül is csíraképes) csupasz szomatikus embriók előállítása és kiültetése (b), azaz mikroszaporítása.

7.5.1. Mag-analóg mesterséges mag kutatása A szakemberek nagy többsége a mesterséges mag technológiát, azaz az individualizált szomatikus embriók kapszulálását és rövidebb-hosszabb ideig tartó tárolását célozta meg. A módszer technológiai lépései az alábbiak: 1. embriogén kallusztenyészetek indukálása, 2. embriogén tenyészetek szaporítása, fenntartása, 3. embriogén tenyészetek szinkronizálása és a szomatikus embriók individualizálása, 4. szinkronizált szomatikus embriók növekedésének megindítása, 5. szomatikus embriók növekedésének programozott leállítása, 6. programozott szomatikus embriók kapszulázása mesterséges burokba, 7. mesterséges magok tárolása, 8. mesterséges magok konverziója, vetése és/vagy kiültetése. A múlt század nyolcvanas éveinek elején világszerte nagy érdeklődést váltott ki az amerikai-japán Toshio Murashige és elképzelése, az ún. „mesterséges mag” vagy „szintetikus mag” (SYN-SEED) létrehozása (7.6. ábra). Murashige azt feltételezte, hogy a szomatikus embriókat megfelelő biológiai-kémiai-fizikai technikával élettanilag fel

7.6. ábra. A jövő egyik innovációs lehetősége a szomatikus mag kutatása - a biogenerációs növények in vitro szomatikus embriógenezisének modellezése sárgarépával (Nantes Dukes). A) Szinkronizálásra kész, érett sárgarépa szomatikus embriók előállítása bioreaktorokban. B) Ca-alginát kapszulába „csomagolt” transzgénikus sárgarépa szomatikus embrió: a genetikailag transzformált növények szomatikus embriói a jövő egyik nagy innovációs lehetősége. (Fári Miklós és Seppo Sorvari kísérletei, MTTI, Piikkiö, Finnország, 1993/1994.) (Seppo Sorvari és Fári Miklós felvételei)

247


lehet készíteni arra, hogy speciális mesterséges burokba zárva önálló életre kelhetnek, hasonlóan a természetes úton keletkező magvakhoz. Ezt az elképzelést kísérleti úton Sherry Kitto és Jules Janick 1982-ben fejlesztette tovább a Purdue Universityn és Keith Redenbaugh Daviesben (USA). Rajtuk kívül a korai kutatásokban Keith Walker és Robert Lawrence vettek részt a technológiák kifejlesztésével [7.6]. 1993-ig összesen tizenkét szabadalom született a szintetikus magok kutatásaiból, nagyobbrészt az USA-ban és Japánban [7.7]. Ezenkívül – többek között – a kilencvenes évek elején intenzíven tovább folytak a lucerna, a sárgarépa, a saláta, a zeller, a szója, a csomós ebír, a bermudafű, a köles, a cukornád, a szőlő, a szantálfa, az eperfa, a mangó, a jegenyefenyő szomatikus embriógenezis nemesítési, illetve ipari hasznosításával kapcsolatos kutatások [7.6]. A közelmúltban közreadott színtézisek szerint az elmúlt másfél évtizedet a szintetikus mag technológia iránti nagy érdeklődés jellemezte, különös tekintettel a genetikai alapanyag változatlan formában történő megőrzése és azok nemzetközi cseréje kérdésében [7.8] [7.9]. Ennek ellenére a módszer kereskedelmi bevezetése – a jelentős tudományos eredmények ellenére – számos nehézséggel néz szembe. Nem teljesült a szomatikus mag gyakorlati alkalmazását érintő fő követelmény, a nagyléptékű (üzemi) alkalmazáshoz szükséges kiváló minőségű (pl. genetikailag módosított növényből származó) mikropropagulumok költséghatékony előállítása (7.6. ábra). Az alkalmazott szomatikus embriók minőségére vonatkozó korlátok között első helyen van napjainkban is az idősebb tenyészetek embriogén potenciáljának elvesztése, a tenyészetek aszinkron fejlődése, az embriók korai csírázása, rendellenes szövettani felépítése és a szárítással szembeni ellenálló képesség hiánya [7.10]. Fenti nehézségek elkerülése céljából új megközelítések és további kutatások szükségesek. A jövő szintetikus mag technológiáját matematikai modellezéssel kombinálva talán tovább lehet fejleszteni, különösen a magburok kialakítása és a csírafejlődés irányított szabályozása érdekében [7.11]. A fás erdészeti növények egy részét még ma is a gyenge szomatikus embriógenezis potenciál jellemzi [7.12] [7.13] [7.14]. A szintetikus magok ex vitro vetése területén folytatott próbálkozások napjainkig megoldatlan nehézségekkel jellemezhetők [7.15] [7.16]. Ezenkívül a tenyészetek jelentős szomaklonális variabilitása ma még számottevő [7.17]. A szomatikus embriók individualizált kapszulálása ugyanakkor ma még költséges folyamat; különböző műhelyek a csoportos kapszulálás megoldásán dolgoznak [7.8] [7.18].

7.5.2. Burok nélkül is csírázó szomatikus embriók kutatása A másik, napjainkig kevésbé kutatott irány az individualizált, burok nélkül is csírázó, csupasz szomatikus embriók klónként történő közvetlen, tárolás nélküli kiültetését tűzte ki célul, azaz a mikroszaporítás egyik új módszerét kutatták (fenyőfélék, kávé, kakaó, egyszikű lágyszárú fűfélék, bambusz, olajpálma). Érdekesség, hogy a mesterséges mag kutatások eredményeit bemutató összefoglalók [7.8] [7.9] csupasz szomatikus embriók alkalmazásának elméleti lehetőségeit és gyakorlati eredményeit figyelmen kívül hagyták. Áttekintve a fenyőfélék, a kávé, a kakaó, az egyszikű lágy248

7.5. Új sejtbiológiai eszközök – a bioipari farmok létrehozásának lehetősége növényi őssejtekből

szárú fűfélék, a bambuszfélék és az olajpálma kutatások beszámolóit, és a közzétett szabadalmi bejelentéseket, a csupasz szomatikus embrió módszer technológia főbb lépései az alábbiak: 1. embriogén kallusztenyészetek indukálása, 2. embriogén tenyészetek szaporítása, fenntartása, 3. embriogén tenyészetek szinkronizálása és a szomatikus embriók individualizálása, 4. szinkronizált szomatikus embriók növekedésének megindítása, 5. szomatikus embriók kiültetése ültető közegbe és konverziója szomatikus csírákká (somatic seedlings). A csupasz szomatikus embriók területén napjainkig a legtöbb kutatás a fenyőfélék körében folyt [7.19]. E növénycsoport szomatikus embriógenezis technológiáját több tucat szabadalom védi és védte az eltelt két évtizedben, mind a biológiai folyamtok irányítása [7.20] [7.21] [7.22] [7.23] [7.24] [7.25] [7.26], mind pedig az önköltséget csökkentő gépesíthetőség területén [7.27] [7.28]. Áttekintve fenti dokumentumokat, kijelenthető, hogy a kidolgozott eljárások biológiai tekintetben is biztosítják mind az öt technológiai lépés megvalósíthatóságát, és a módszerek gyakorlati alkalmazhatóságát. A csupasz kakaó és kávé szomatikus embriókkal folytatott kutatások az elmúlt évtizedben ugyancsak a gyakorlati alkalmazás szintjére jutottak. A kutatók kidolgozták a rendszer alkalmazhatóságának legfontosabb biológiai feltételeit, pl. a robusta kávé (Coffea canephora) előcsíráztatott szomatikus embriók előállításának, tárolásának és nemzetközi szintű (és nagy földrajzi távolságra történő) szállításának módszerét. A szaporítási technológia három lépésből áll. A folyamat a kávé leveléből kiinduló tenyésztéssel, torpedó stádiumú embriók létrehozásával kezdődik, Erlenmeyer lombikokban (1), majd az embriók előcsíráztatása történik meg, ún. TIS-rendszerű, 10 liter térfogatú bioreaktorokban (3). Ezt követi az embriók tárolása, szállítása és kiültetése. Egy teljes ciklus idejét 4–6 hónapban állapították meg. Három év során 17 klónból kiindulva mintegy 46% embrió csíráztatási hatékonyságot értek el; 2006-ban Thaiföldön 600 000 db szomatikus magoncot ültettek ki szabadföldbe. Egy szomatikusembrió-szaporító laboratórium kapacitása 1 000 000 db akklimatizált szomatikus csíranövény / év volt [7.29]. A kávé, kakaó és tea csupasz szomatikus embriók vetésének gépi megoldását is kidolgozták. Az üzemi léptékű szaporítás során a szomatikus embrióból kapott kávé és kakaó növények genetikai stabilitásáról eddig nem áll információ a rendelkezésre. Az elmúlt két évtized során az egyszikű fásodó szárú, örökzöld évelők körében a bambuszfajok csupasz szomatikus embriói üzemi alkalmazásában is jelentős eredményeket értek el. Áttekintve a bambuszra kidolgozott mikroszaporítási rendszerek közleményeit [7.30] [7.31] [7.32] [7.33] [7.34] és a legfontosabb szabadalmakat [7.35] [7.36] [7.37] [7.38] kijelenthető, hogy több bambuszfaj esetében a fenti öt lépésekből álló módszer biológiai feltételei kidolgozottak, reprodukálhatók [7.37]. A bambusz csupasz szomatikus embriógenezisen alapuló klónszaporításról, megvalósult üzemméretről, termelési kapacitásról mindazonáltal jelenleg nincs értékelhető információ. 249


Az üzemi léptékű szaporítás során a szomatikus embrióból kapott bambusz növények genetikai stabilitásáról jelenleg ugyancsak nem áll megbízható információ a rendelkezésre; általában a hónaljrügyekről történő mikroszaporítást tartják a legmegbízhatóbb módszernek [7.31]. A lágyszárú évelő rizómás fűfélék (Perennial Rhizomatous Grasses, PRG), pl. a cukornád, seprőcirok, arundó, kínai nád körében az üzemi léptékű klónszaporítás a bioenergia korszak beköszöntével kapott különösen nagy jelentőséget [7.39]. Áttekintve a PRG-fajokra, kiemelten az arundóra és a Miscanthusra kidolgozott csupasz szomatikus embriókat alkalmazó rendszer közleményeit [7.40] [7.41] [7.42] [7.43] [7.44] [7.45] [7.46] [7.47] [7.48] [7.49] [7.50] [7.51] [7.52] [7.53], és a legfontosabb szabadalmakat [7.54] [7.55] [7.56] [7.57] [7.58], kijelenthető, hogy az Arundo donax és a kínai nád (Miscanthus sp.) esetében a fenti öt lépésből álló módszer biológiai feltételei részben már kidolgozottak, és/vagy bizonyos részeik termelésben is reprodukálhatók [7.54]. Mindazonáltal sem az arundó, sem a kínai nád csupasz szomatikus embriógenezisén alapuló klónszaporításról, megvalósult üzemméretről, termelési kapacitásról jelenleg nincs értékelhető publikált információ (7.7. ábra). Az üzemi léptékű szaporítás során az arundó növények genetikailag stabilnak bizonyultak [7.54].

7.7. ábra. A jövő egyik agrárbiotech-innovációs lehetősége a szomatikus mag kutatása az embriógén szomatikus sejtek irányított átprogramozásával. A) és B) Olasznád (Arundo donax) embriogén kalluszok indukálása hidegtűrő longikaulis ökotípus hónaljmerisztémáiról (2013. október–december). C) és D) Kínai nád (Miscanthus x gigantheus) embriogén kalluszok indukálása hidegtűrő ökotípus virágzatának merisztémájáról (2013. október–december). (Antal Gabriella kísérletei és felvételei)

250

7.6. Komplex és biztonságos molekuláris biológiai eszközök az új növénynemesítési korszakban

Elfogadott nézet, miszerint az előttünk álló időszakban a bioenergiát termelő növények új generációja fog megjelenni [7.39]. E folyamat részeként a szomatikus embriógenezis jelenleg ismert módszereit tovább kell fejleszteni, új eljárásokat kell kidolgozni. A fentebb ismertetett nehézségek következtében a szomatikus embriók létrehozásának élettani és molekuláris biológiai alapja továbbra is intenzív kutatás tárgya [7.59]. Fontos eredményeket értek el az embriók hatékonyabb csírázásnak serkentésében [7.60], a transzgénikus növények szomatikus embriógenezissel történő iparszerű szaporításában [7.61], a bioreaktorokra alapozott szomatikus embrió szaporítás automatizálásában és/vagy gépesítésében [7.62]. A szomatikus embriógenezisre vonatkozó régebbi és újabb, fentebb idézett közleményeket, közzétett szabadalmakat áttanulmányozva megállapítható, hogy a szomatikus embriók felhasználásának eddig ismert módszerei napjainkig csak erősen korlátozottan teszik lehetővé a klónozás nagyipari, különösképpen pedig a bioenergia-ipari bevezetését. Kétséget kizáróan olyan új, genetikailag stabil, költséghatékony eljárásokra van szükség, amely egyesíti az embriók individualizálásán alapuló két technológia előnyeit (mesterséges mag: programozott tárolhatóság lehetősége; csupasz embriók csíráztatása: nagyüzemi palántanevelés lehetősége), ugyanakkor kizárja, illetve mérsékli azok hátrányait (mesterséges mag: korlátozott nagyipari alkalmazhatóság; csupasz embriók csíráztatása: nagyobb élőmunka igény, kisebb fokú automatizálhatóság. Az új szomatikus embriógenezis modellek kidolgozása intenzív kutatási tárgya jelen DEnzero projektnek is. Magyarországon ezt a K+F-programot a Debreceni Egyetemmel K+F-együttműködést kötő start-up biotech cég, a MOP Biotech Kft (Nyíregyháza) szélesítette ki, 2012/2013-ban. A kutatók szerint a legvalószínűbb alternatíva egy új típusú, ún. „szomatikus mag” kifejlesztése lesz. Érdekesség, hogy e nevet először Redenbaugh és munkatársai 1986-ban a Nature-ben közölték [7.63], ám később „mesterséges” vagy „szintetikus” magra (artificial seed, synthetic seed) módosították.

7.6. Komplex és biztonságos molekuláris biológiai eszközök az új növénynemesítési korszakban Az új növénynemesítési korszak módszereit (Zinc finger nuclease, ZFN technology; Oligonucleotide directed mutagenesis, ODM, Cisgenesis and intragenesis; RNAdependent DNA methylation, RdDM; Grafting on GM rootstock; Reverse Breeding Methods; Agro-infiltration) a genomika, a géntechnológia, a molekuláris nemesítés és szomatikus biotechnológia eszköztárának összekapcsolódása jellemzi [7.2]. A GMO-technológia jelentősége és hozzájárulása az optimális biogenerációs növények kialakításában az energiatermelésre történő optimalizálásában óriási lehet, mert rendkívül gyors és eredményre törő nemesítési munkára van szükség az idő rövidsége miatt. Ez pedig az új genetikai-szabályozási utak szomaklonális, epigenetikus és 251


GMO-alapú módszerek felhasználását is indokolja. A rekombináns DNS-technológiák fejlettsége a génállomány mind precízebb átalakítását és a génműködések finom hangolását teszik lehetővé, amivel gyorsan pótolható a hosszú évszázados nemesítési munka hiánya (7.8. ábra). A GMO-technológia felhasználására nem csak a könnyen és látványosan megváltoztatható paraméterek jönnek számításba, mint pl. a fermentálható cukor- és keményítőtartalom növelése, a fermentáció szempontjából optimális keményitőszerkezet és anyagcsere kialakítása, ahol egyébként már komoly előrehaladás történt a mag alkohol előállítása céljából [7.3]. Korszakalkotó sikerek születtek már, ahol a biomassza GMO-növényekben sikerült létrehozni olyan komplex metabolikus változásokat, amely a sejtfal összetételét és szerkezetét érintette. Egyfelől pl. a lignin-tartalom növelésével magasabb energiaszínt elérésére került sor, amely a közvetlen égetésnél és a termolízisnél mint energiatöbblet jelentkezik. Másfelől komoly eredményeket sikerült elérni a cellulóz és hemicellulóz részarányának növelésében is, amely pedig a cukrosítás (kémiai vagy enzimes lebontás) alapanyaga. A fermentációs eljárások során ebből élesztővel vagy etanolt, vagy újabban más mikrobák felhasználásával hosszabb szénláncú alkoholokat, és más termékeket is elő lehet állítani. Ezeknek a termékeknek abban áll a jelentőségük, hogy energiaigényes desztillálás nélkül is el lehet választani a víztől, könnyű tisztítani és közvetlenül felhasználhatóak folyékony üzemanyagnak. Jelenleg az etanol kinyerés hatásfoka a legjobb gőzrobbantásos rendszerekben 1 tonna alkohol 4 tonna szárazanyagból, azaz pl. az arundó energianövény termésátlagra számítva kb. 10 tonna etanol hektáronként, ami szubtrópusi és trópusi termésátlagok mellett felmehet akár 25–35 tonna etanolra is. Ez többszöröse a mag-etanolnak, de még a cukornád-etanol eredményességének is. Ez csak az ún. alaptípusra vonatkozó adat, könnyen kiszámítható, ha majd az új generációs GMO-növények bekerülnek a termelésbe, milyen drámai változást fog ez jelenteni a bioetanol-piacon [7.3].

7.8. ábra. Genetikailag módosított biogenerációs növények előállítása akkreditált GMO-laboratóriumban a Debreceni Egyetemen (2006. szeptember – 2013. július 31.) A) PAF antifungális fehérjét a kloroplasztisz-genomban túltermelő dohány hajtásai (Nicotian tabacum). B) Transzgénikus növényi sejtvonalak szaporítása ár-apály bioreaktorokban (Domokosné Dr. Szabolcsy Éva, Dr. Miskei Márton, Oláh Judit és Szarvas Pál kísérletei). (Szabolcsy Éva felvételei)

252

7.7. Bioipari farmok kialakulása és a biofinomítók

Jövőbe mutató azon GMO-növények előállítása is, ahol nemcsak a sejtfalszerkezet hozzáférhetősége és összetétele változott meg, hanem magát a cellulózt lebontó enzimet is a növény maga állította elő, és megfelelő körülmények között maga végezte a cukorra bontást. Más esetekben növényekkel szintetizáltatták meg a drága lebontó enzimet, és azt adták hozzá a lebontási reakcióhoz. A magasabb lignintartalmú GMOnövények és lignin-melléktermékek pirolízises bontásából kikerülő ún. színgáz felesleg, amelyet közvetlenül elektromos energiára és fűtésre használnak, polimerizálható és a régi Fischer–Tropsch-eljárás mai változataival ugyancsak folyékony üzemanyaggá alakítható [7.3]. Az ún. „siRNS” technológia szerinti GMO-k alkalmazása forradalmat indított el a biomassza energia területén is. Ez egy olyan jelentőségű technológia az anyagcsere-folyamatok szabályozásában és annak dramatikus átalakításában, mint a restrikciós endonukleázok bevezetése volt annak idején. Így többgénes funkciók is szabályozhatóak, kiüthetőek, hangolhatóak igény szerint [7.3]. Áttörés még nem történt, azonban nagy erőkkel folyik a C3- és C4–növények fotoszintézis mechanizmusának kutatása, hogy elérjük a legoptimálisabb vízhasznosítást a biomasszanövényeknél is. Rendkívül komplex regulációs folyamat ez, és még alapkutatási szinten is sok a tisztázásra váró feladat. Az siRNS technológia minden bizonnyal forradalmat fog előidézni ezen a területen, hiszen számos többgénes funkció szerepel ezekben a folyamatokban is [7.3]. Mivel a biomassza-GMO-növények jó része nem is alkalmas további klasszikus növénynemesítésre (pl. sterilek, nincs is mag, vagy annyira aneuploidok hogy kezelhetetlenek), nem marad más, mint a szomaklonális nemesítés és a klonális szaporítás. A hosszú klonális szaporítás gyakori velejárója lehet azonban a klonális leromlás, aminek egyrészt az epigenetikai változások halmozódása, másrészt a vírusok akkumulációja lehet a magyarázata. Érdekes módon azonban a folyamatosan fenntartott embriogén sejttenyészetekben, azaz ilyenekből regeneráltatott növények között nagyfokú homogenitás és stabilitás tapasztalható, így ha a GMO-növények előállítására ilyen tenyészeteket használunk, majd ezekből fejlesztünk ki tömeges mikroszaporítási eljárásokat az említett hátrányoktól megszabadulhatunk. A klonális (epigenetikus) öregedés elkerülhetővé válik, és folyamatosan megfiatalított növényeket ültethetünk ki [7.3]. Jelen DEnzero program keretében a mérsékelt klíma hó nélküli, hosszan tartó szeles teleit is tűrő, ún. ’longicaulis’ olasznád-ökotípusok kiemelése és mikroszaporítási kísérletei kezdődtek meg (Antal Gabriella, 2014, személyes közlés).

7.7. Bioipari farmok kialakulása és a biofinomítók A bioipari farmok az új, biofinomítókra épülő zöldkémiai ipar részére állítanak elő alapanyagot. Követelmény, hogy miközben ezek a farmok nem csökkentik az emberi tápláléklánc primer inputját, továbbá nem vonnak el területet az élelmiszer- és takarmány-előállító mezőgazdaságtól, ugyanakkor környezetbarát módon nagy 253


hozzáadott értékű, piacképes ipari alapanyagot és/vagy nagyon széles skálán mozgó végterméket képes előállítani fenntartható módon a 21. századi ember számára. A megújítható, nagyrészt célzott, iparszerű termelésből származó növényi biomas�sza iránti globális kereslet a következő évtizedekben eddig nem látott szintet ér majd el. A fosszilis eredetű kőolajat és földgázt feldolgozó petrolkémiai ipar termelése 330 millió tonna alapanyag évente (pl. metanol, etanol, butadién, benzol, toluol és xilol). Ezeket a kémiai építőkockákat általában polimerek és egyéb műanyagok gyártásához használják fel. A nem energia célú petrolkémiai ipar a világ kőolajtermelésének mintegy 16%át, a teljes fosszilis energiahordozók (kőolaj, földgáz és szén) mennyiségének mintegy 9%-át hasznosítja. A bioüzemanyagon és alapanyagokon kívüli bioalapú kémiai ipar évi termelése 50 millió tonna, mely fő termékei a nem élelmezési célú keményítő, a cellulózrost és egyéb cellulózszármazék, növényi olajok, zsírsavak, továbbá fermentálásból kapott etanol és citromsav. Napjainkig a történelmileg alacsony fosszilis energiahordozó árak mellett a bioalapú kémiai ipar és polimer-gyártás jövedelmezősége nem volt versenyképes. A következő évtizedben a bioalapú kémiai ipar fellendülése várható, kezdetben mintegy 10–15 milliárd USD évi piaccal. Globális értelemben kijelenthető, hogy a bioenergia-alapanyagok és a bioüzemanyag-termékek iránti kereslet a biofinomítók egyre növekvő igényével (zöld kémia) párhuzamosan fog bekövetkezni. Ez a folyamat a növénytermesztési, vegyipari, műszaki-mérnöki és biotechnológiai kutatás-fejlesztés számára alapjaiban új stratégiák kidolgozását és azok eddigieknél gyorsabb ütemű – nemzetközi együttműködéseken alapuló – fejlesztését követeli meg, figyelembe véve a környezetvédelem az üzleti haszon és a biobiztonság szempontjait is. Ezen célokat már számos, hazánk adottságaival összevethető, fejlett mezőgazdasági kultúrájú ország nemzeti innovációs programjának tengelyében meg is találjuk (Dánia, Hollandia, Izrael stb.). A bioipari farmok fenti célt jelenleg két fő megközelítési formában tudja elérni.

7.7.1. Cellulóz bioipari farm (CBF) A CBF termelése az ún. marginális területeken előállítható, elsősorban a pozitív szén-dioxid-mérlegű új generációs, ún. dedikált cellulóztermelő növények nyersanyagának feldolgozására alapoz, mint az óriás termetű évelő félcserjék (SSH-fajok), és az óriás termetű évelő rizómás fűfélék (PRG-fajok). Másodsorban a szén-dioxidsemleges évelő fás szárú, dedikált lignocellulóz-fajokra (DLC-fajok, akác, nyár, fűz). Az így kapott olcsó, nagy tömegű, koncentráltan és gazdaságosan előállítható bioipari nyersanyagot főtermékként például keményítőre, amilózra (25–35%) és glükóz frakciókra (65–75%) hidrolizálják a zöldkémiai technológiákkal (pl. párhuzamosan enzimatikus biológiai átalakítással és mikrobiális fermentációs folyamatokkal). A nem élelmiszer, takarmány eredetű keményítőből nélkülözhetetlen kémiai építőkockákat, pl. a politejsavat (PLA) és más szubproduktumokat, továbbá széles skálán mozgó végtermékeket lehet előállítani a felhasználó iparok számára. A folyamat során a keletkező melléktermékeket egyrészt a folyamat energiamérlegének 254

7.7. Bioipari farmok kialakulása és a biofinomítók

növelésére lehet felhasználni (szárítás, hevítés stb.), másrészt a földterületek termékenységének javítására. A CBF-rendszer zöld jellege abban is megtestesül, miszerint az SSH- és PRG-fajok a talaj termékenységének javítását, helyreállítását a rizoszféra útján, új felismeréseken alapuló, komplex biológiai rendszerükkel képesek segíteni. Az iparilag szennyezet területeken az SSH- és a PRG-fajok egy része képes eltávolítani a nehézfémeket és más toxikus anyagokat. Az SSH, PRG és DLC biomas�sza-alapanyagok terén egyéb, koncentrált ipari felhasználói igények generálódnak (pl. bioüzemanyagok). Az eddig nem felhasznált és nem Natura-2000 területek új kiegyensúlyozott talajerő-, műtrágya-utánpótlási igényt/piacot generálnak, mely részben kielégíthető a biomassza égetése során keletkezett hamu feldolgozásából, részben a CBF szubproduktumokból. A CBF integrált rendszerben fejleszthető a legmegfelelőbb formában. A technológia-generálás területen nagy nemzetközi mozgás tapasztalható; a nyersanyaginput területén nincs konkurens hazai és közép-európai szereplő; a feldolgozás területén a folyamat megakadt: a búzából kiinduló termelési terv nem kapott támogatást (Balatonfűzfő).

7.7.2. Alga bioipari farm (ABF) Az ABF termelése ugyancsak nem érinti az élelmiszertermelő láncot, nem igényel kiterjedt jó minőségű területet. A pozitív szén-dioxid-mérlegű új generációs algatermesztési technológiák növekvő hatékonysággal lehetővé teszik bioipari építőkockák előállítását, a keményítőre szelektált algatörzsektől az olajtermelőkig egyaránt. Az így kapott bioipari nyersanyagból széles skálán mozgó végtermékeket lehet előállítani a felhasználó iparok számára (pl. bioüzemanyagok, politejsav – PLA). A folyamat során a keletkező melléktermékeket egyrészt a folyamat energiamérlegének növelésére lehet felhasználni, másrészt a földterületek termékenységének javítására és/vagy takarmányipari adalékként. Az ABF-rendszer zöld jellege abban is megtestesül, miszerint a koncentrált nagyipari felhasználói igényektől a kisebb felhasználókig létrehozhatók ABF farmok. A rendszer üzemeltetése folyamatos és precíziós tápanyag szolgáltatást igényel. Az ABF integrált rendszerben fejleszthető a legmegfelelőbb formában.

7.7.3. Hazai biofinomító példa A Balatonfűzfőn tervezett Első Magyar Biofinomító projekt egy terméket tervezett előállítani: 100 ezer tonna búzából 20 ezer tonna politejsavat (2008–2009). Az előkészítő szakasz költsége 200 millió forint volt, saját projekt céggel. Az ipari termelés beindításához 28 milliárd forint beruházási költségvetés készült (2010). Befektető hiányában a Bakonyi Árpád csoport tervei nem valósultak meg (2012). A politejsavat (PLA) az USA-ból, Olaszországból és Kínából importálják.

255


7.7.4. Nemzetközi biofinomító példa A Mossi-Ghisolfi (MG) vegyipari csoport a világ legnagyobb PET-előállítója. Az MG tagja a Chemtex srl, mely ötévnyi előkészületek után 2013-ban felavatta a világ első ipari léptékű cellulózetanol-üzemét Crescentinóba. Az üzem 40 ezer tonna biomasszából nyert cellulózból 10 ezer tonna etanolt állít elő évente (PROEZAtechnology). Az alapanyag beszerzését a Chemtex Agro srl szervezi. Az enzimet a dániai központú multinacionális Novozyme cég fejlesztette ki és szállítja. Az MG projekthez a Debreceni Egyetem területén 2012–2013-ban szerződéssel működő magyar start-up cég, a MOP Biotech Kft (Nyíregyháza) szállította a 4,5 millió db olasznád biogenerációs palántát. Ez a dedikált évelő rizómás óriás fűféle kiváló cellulóz alapanyagot termel Olaszországban, amely hozam átlagosan eléri a 25 száraztonna/év mennyiséget. Kínában, Nanning város határában 2015-ben avatja fel a MG csoport a 200 ezer tonna búzaszalmát feldolgozó második generációs bioetanol üzemét.

7.8. Agrárinnovációs prioritások a biogenerációs növények és a biofinomítók korában 7.8.1. A nitrogén kérdés Úgy tűnik, hogy a mérsékelt égövi mezőgazdaságában a jövő kiemelkedő lehetősége a légköri nitrogén megkötése új típusú asszociatív mikroba-növény konzorciumokkal, és/vagy speciálisan fejlesztett szimbiontákkal. Ezen kutatási vonal leginkább figyelemre méltó úttörője a német-cseh-brazil talaj-mikrobiológus, a Nobel-díjra is jelölt Johanna Döbrereiner (1924–2000). Döbrereiner és munkatársai a múlt század hetvenes és nyolcvanas éveiben a trópusi talajokban és növényekben korábban ismeretlen asszociatív biológiai nitrogénmegkötési mechanizmusokat írtak le, pl. az ARA (Acetilene Reduction Assay). A módszer segítségével – részben, illetve teljesen – megoldották a brazil cukornádültetvények és szójamegafarmok mikrobiális nitrogénellátását, ipari kemikáliák felhasználása nélkül (Azorhizophilus paspali, Beijerinckia fluminenesis, Herbaspirillum seropedicae, Gluconoacetobacteria diazotrophicus stb.). Szakirodalmi adatok szerint Brazília a nemzeti cukornád-etanol termelés megháromszorózódását köszönheti pl. a Gluconoacetobacteria diazotrophicus tevékenységének. E baktérium segítségével számos brazil cukornádfajta a teljes nitrogénfelhasználás 30–50%-át biztosítja a biológiai nitrogénmegkötésből [7.64]. Hasonló módon, fenti kutatási irány óriási globális jelentőségére hívja fel a figyelmet Sir Gordon Conway, az Imperial College emeritus professzora, a Rockefeller Foundation korábbi elnöke (1998–2004), a fenntartható mezőgazdaságot és az afrikai élelmiszer-termelés jövőjét kutató, ún. „Montpellier Panel” elnöke [7.65]. Érdekes256

7.8. Agrárinnovációs prioritások a biogenerációs növények és a biofinomítók korában

ség, hogy az ELTE Növényszervezettani Tanszék korábbi professzora, Gyurján István és munkatársai a múlt század utolsó két évtizedében már intenzíven kutatták ezt a kérdést az in vitro növényi rendszerek mesterséges alga-növény szimbiózisának kialakítására. A Japan International Research Center for Agricultural Sciences (JIRCAS, Ibaraki) és a kolumbiai Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT, Cali) kutatói – mintegy harmincévi előzmények után – a közelmúltban részletesen jellemezték egyes trópusi és mérsékelt égövi fűfélék rizoszférájában megfigyelhető, a gyökerek által kiválasztott anyagok által vezérelt, ún. biológiai nitrifikiáció-gátlás (BNI, Biological Nitrification Inhibition) folyamatát. A BNI kutatások kimutatták, hogy bizonyos, gyökér által kiválasztott inhibitorok képesek meggátolni a talajbaktériumok nitrifikálását [7.66] [7.67] [7.68] [7.69]. A BNI jelentősége világméretekben azzal függ össze, hogy a mezőgazdaság által felhasznált nitrogénműtrágya nitrogénjének egy részét a talajbaktériumok a nitrifikáció során nitrogén-oxiddá (N2O) alakítják, mely így kikerül a levegőbe. Az N2O káros üvegházi gáz (GHG), hatása mintegy 300-szorosa a szén-dioxidnak. A múlt század hetvenes évei óta a nitrogénműtrágya felhasználása hétszeresére nőtt. Ennek köszönhetően a klímaváltozás okainak, problémájának nemzetközi megítélésében a gyökerek által végzett potenciális biológiai nitrifikáció-gátlás az elsőszámú új lehetőségek sorába lépett. Az említett IRCAS-CIAT kooperáció egyik legértékesebb új eredménye olyan komponensek leírása volt, mely anyagok jelentősek a BNI folyamatokban. Ilyen pl. a Brachiaria humidicola gyökerei által kiválasztott brachialacton, vagy a Sorghum bicolor által kiválasztott sorgoleon. Jelentős BNI aktivitása van a Brachiaria humidicola, a B. decumbens, a Sorghum bicolor, a Menitis minutiflora, a Panicum maximum, a Lolium perenne var. multilorum, az Arachis hypogaea, az Andropogon gayanus és a B. Byzantha fajoknak. Meg kell említeni, hogy csak Dél-Amerikában a Brachiaria sp. termőterülete megközelíti a 80 millió hektárt. A mérések szerint a többi egyéves gabonaféle, mint pl. a kukorica, a búza, a zab és a rizs nem rendelkeznek BNI-aktivitással. Intenzív nemzetközi kooperáción alapuló kutatások hivatottak arra, hogy a BNI-hatásmechanizmust feltérképezzék a mérsékelt klíma többi gazdasági növénye körében is. Továbbá, cél az, hogy egyéb gazdasági növényekre is kiterjesszék a szóban forgó nitrifikáció-gátló anyagok termeltetését, részben hagyományos, részben molekuláris nemesítéssel [7.70]. A BNI jelentősége a bioenergia-növények körében is nagy figyelmet érdemel: nincs ismeretünk arról, hogy pl. a mérsékelt égövi energianádfajok milyen BNI aktivitással jellemezhetők. Kijelenthető, hogy mind az asszociatív biológiai nitrogénkötés, mind pedig a biológiai nitrifikáció-gátlás kutatása és használata a hazai mezőgazdaság jövőképében – fájdalom – még nem kapott helyet. Kijelenthető, hogy a növényi biotechnológia, a botanika és a növényélettan összefonódása – a hagyományos és a molekuláris módszerek kombinálásával – új kutatási és fejlesztési perspektívákat teremt ezen a területen is. 257


7.8.2. A víz kérdése és a szennyezett talajok remediációja A jövőben a víz stratégiai jelentőségét senki sem kérdőjelezheti meg. A növények vízhasznosítási hatásfokának tanulmányozása (Water Use Efficiency, WUE) az egyik elkerülhetetlen kutatási irány világszerte. A fő kérdés az, hogy kevesebb vízből hogyan lehet a jelenleginél több szénhidrátot és fehérjét előállítani, és/vagy több légköri szén-dioxidot a levegőből megkötni? A probléma a bioipari (non food crops – NFC) növények körében éppen úgy alapvető stratégiai kérdés, mind a FOC (food crops) és a FEC (feed crops) növényeknél. A víz okszerű használata a hazai mezőgazdaság jövőképében napjainkban ismét központi helyet kapott [7.71]. 2010. október 4-én a Nyugat-Magyarországon lévő timföldgyár iszaptároló gátja átszakadt és kb. 600–700 000 m3 toxikus vörös iszap árasztotta el a környező településeket. A katasztrófa következtében több ember meghalt, mások megsérültek, és házak lakhatatlanná váltak. A Nemzeti Katasztrófavédelmi Igazgatóság közleménye szerint az alumíniumgyártás során melléktermékként felhalmozódó vörös iszap nehézfémeket tartalmaz, mely az emberi szervezetbe jutva mérgező. Ez a finom textúrájú, erősen alkalikus kémhatású, vas-oxidban gazdag vörös iszap jelentősen megnövelheti a fémek kötődését és csökkentheti az oldottfém-koncentrációt a nehézfém-szennyezett talajokban, ezáltal csökkenti a növények számára a felvehetőséget. Laboratóriumi oszlop-kimosódási vizsgálatok azt mutatták, hogy vörös iszap hozzáadással drasztikusan csökkenteni lehet a kifolyó szennyvizek nehézfém tartalmát súlyosan szennyezett bánya talajok és használaton kívüli meddő bányák esetében. Ugyanakkor a vörös iszap képes volt csökkenteni a növények nehézfémfelvételét is. Két szennyezett talaj 2% vörös iszappal történő kiegészítése csökkentette a Cd, Zn, Cu, és Ni felvételét olajrepce, borsó, búza és saláta esetében. Vörös iszap esetében a fő problémát a magas pH-, só- és nehézfémtartalom jelenti. Fiatal árpa növények hajtás tömegét 25%-kal csökkentette a normál talajhoz adott 5% vörösiszap-kiegészítés. Ugyanakkor a vörös iszapon csökkent a retekmagvak csírázása is a normál talajhoz viszonyítva. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a vörös iszappal szennyezett talajok kedvezőtlenek, illetve veszélyesek lehetnek ehető növények termesztésére. Mindezeket összevetve kísérleteket folytattunk szomatikus embriógenezissel előállított olasznád (Arundo donax L.) mint gazdaságilag nagy potenciállal rendelkező energianövénynek nehézfém-, só- és alkalikus pH-toleranciájának vizsgálatával és remediációs (helyreállító) képességének tanulmányozásával vörös iszappal szennyezett talajmintákban [7.72] [7.73]. Elsősorban a biomassza produkcióját és elemfelvételét, valamint a talaj biokémiai paramétereit tanulmányoztuk. Tenyészedényes kísérletünkben tiszta vörös iszapot, vörös iszappal szennyezett kolontári talajt, vörös iszap és normál kolontári talaj 1:1 arányú keverékét és normál kolontári talajt használtunk. Eredményeink azt mutatták, hogy az olasznád betakarítását követően a vörös iszap és a vörös iszappal szennyezett talajok elektromos vezetőképessége 37,1, illetve 4,1%-kal csökkent. Tiszta vörös iszap esetében a pH 1,0%-kal csökkent. A talajminták hozzáférhető Cd, Pb, Co, Ni és Fe koncentrációja szintén lecsökkent az olasznádültetés után. Ugyanakkor a vörös iszapon nevelt növényekben jelentősen megemelkedett a Fe és Ni koncentráció, bár sehol sem érte el a toxikus 258

7.8. Agrárinnovációs prioritások a biogenerációs növények és a biofinomítók korában

szintet. A betakarított olasznádnövények biomassza-produkciójában nem tapasztaltuk a vörös iszap gátló hatását, sőt 40,4%-kal és 47,2%-kal magasabb értékeket kaptunk a vörös iszapon és a vörös iszap–normál talaj keveréken, mint a tiszta kolontári talajon. Ezek az eredmények arra engednek következtetni, hogy a biotechnológiai úton szaporított olasznád képes helyreállítani a vörös iszappal szennyezett talajt, ezzel együtt fejlődésüket nem befolyásolja negatívan ez a komplex abiotikus stresszhatás [7.72] [7.73] [7.74].

7.8.3. A fehérje kérdés – zöld fehérjemalmok (Prote-O-Mill program) Magyarország, Európa és a világ mezőgazdaságának, a hús-, zsír- és tejtermelés egyik legégetőbb kérdése az ún. „fehérje probléma” megoldatlansága. A kérdést szinte mindenki ismeri, erről vagy arról az oldalról. Azt ugyanakkor kevesen gondolják végig, hogy Magyarország továbbra is stratégiailag kiszolgáltatott a trópusok és az USA (transzgénikus) szójafehérje-termelésének. Az állattenyésztés és az emberi fogyasztás számára termelhető növényi fehérjék kutatása szélesebb körű összefogást igényel, mint azt ma látjuk. A biotechnológia, a botanika és a növényélettan hagyományos és molekuláris módszerei segítségével új, a biofinomítók érdeklődésének középpontjában található perspektívák kínálkoznak. Ebben pl. a levélfehérje újszerű termelése és hasznosítása, továbbá az algák (molekuláris) nemesítése és újszerű termesztése kaphatnak kiemelkedő jelentőséget. A fehérjebázis biztosítása és a fehérjebiztonság a hazai mezőgazdaság jövőképében – az ígéretek szintjén – központi helyet kap.

7.9. ábra. Levélfehérje-koncentrátumot előállító „Fehérjemalom” kutatása a Debreceni Egyetemen (Prote-o-Mill program) A) A biotechnológia névadója, Ereky Károly gépészmérnök által tervezett és szabadalmaztatott plazmakonzervet előállító „Zöldmalom” részlete (1924). Ez volt a világ első levélfehérje zöld biofinomító terve. B) 2002-ben Tedejen, egy 1000 liter/óra kapacitású folyamatos működésű Kísérleti Zöldmalom felépítése valósult meg, amely a korábbi VEPEX programtól eltérő új technológián alapult (Fári Miklós, Deme Albert és Bódi László kísérletei, 2004). (Fári Miklós felvételei)

259


Ezen a területen az első szabadalmakat 1926 és 1928 között a „biotechnológia” névadó apja, Ereky Károly gépészmérnök jegyezte be Magyarországon, Angliában, Németországban, Franciaországban és Kanadában. Ezt követően Angliában a legendás tudós, Norman W. Pirie Cambridge-ben végzett úttörő kutatásokat, a II. világháború alatt és az azt követő évtizedekben (7.9. ábra); Londonban a The Science Museumban az Ereky Károllyal folytatott levelezés is fennmaradt. A később „zöld atom” kifejezéssel is illetett levélfehérje-koncentrátum (LPC) előállító technológia világszerte újból kutatás-fejlesztés tárgyát képezte, különböző intenzitással. Magyarországon 1970–1974 között két lucerna biofinomító üzem épült fel, a három szabadalommal is védett VEPEX technológia néven (Ács és Tamási, Magyarország). Ez a technológia magában foglalta a barna léből továbbtenyésztett élesztő előállítását, Single-Cell-Protein néven. Az eljárás a később bekövetkezett olajválság miatti magas energiaárak miatt nem volt gazdaságos. A múlt század végén Franciaországban megvalósították a FRALUPRO projektet (1997–2000), amelynek szakmai részleteit, az eljárását részletesen nem ismerjük. További, azt LPC-technológiára vonatkozó újabb szabadalmakat, know-how-kat ismerünk az USA-ban, Dániában és Ausztriában. Magyarországon a Tedej Rt. és a Debreceni Egyetem szabadalmaztatta a lucerna frakcionált betakarítási eljárást (2002), illetve kidolgozták egy lucernára alapozott új, folyamatos üzemű, költségtakarékos zöld préslé flokuláltatási és LPC gyártási technológiát (2002–2004, 7.9. ábra). A magyar kísérleti berendezés teljesítménye 1 m3/óra préslé feldolgozása volt. Koncepciónk vázlata – fenti adottságokra építve – a következő. Részletesen fel kell kutatni, és elemzi azokat a biológiai, energetikai, technikai és ökonómiai szűk keresztmetszeteket, amelyek ismeretében a legkorszerűbb technológiákat integrálva képes egy szén-dioxid-semleges decentralizált fehérje zöld biofinomítót beilleszteni a mezőgazdasági üzemi környezetbe. Ez a modell szakítani képes azzal a korábbi vízióval, hogy zöld növényi biomasszán alapuló fehérje biofinomítókat kizárólag nagyipari, esetenként gigaméretű dimenzióban lehet csak gazdaságosan megvalósítani. További áttörésként azt könyvelhetjük majd el, hogy a jelenlegi, egyéb, magas fehérjetartalmú hüvelyes magvas termények egyoldalúan favorizált európai álláspontja mellé felsorakoztatható a megújítható zöld növényi biomassza is, összhangban Ereky Károly korát megelőző víziójával. Ez különösen a klímaváltozásnak fokozottan kitett régiókban, országokban van jelentősége, mint pl. a Kárpát-medencében, ahol a szójatermesztés limitált felületű, (maximum 80–100 ezer ha), a száraz nyarakon az egyéb hüvelyes magvú fajok alacsony termésátlagot hoznak. A kutatások olyan új eredményeket generálhatnak, amelyeket Európa, és a világ más térségeiben is sikerrel lehet majd alkalmazni. Azt kell elérni, hogy alacsony beruházási költséggel, biomassza-alapú környezetbarát és fenntartható technológiákkal nagy hozzáadott értékű terméket tudjon előállítani az általunk megálmodott decentralizált fehérje, a zöld biofinomító. 260

7.9. Javaslat: Országos Biomassza Kutatási-Fejlesztési Bizottság (OBKFB) létrehozása

7.8.4. A szén-dioxid kérdés Az ún. „szén-dioxid probléma” megoldása az emberiség jövőjének egyik legnagyobb jelentőségű innovációja, igazi tudományos-technológiai kihívás. A mezőgazdasági növények (FOC, FEC és NFC fajok) termesztésnek további globális jelentősége az, hogy a növények képesek a légköri szén-dioxidot megkötni, részben a talajban, gyökerekben tárolni, részben pedig a föld feletti szervekben felhalmozni. A jövőben az ún. élő „szénhidrát-bankok” kutatása határozza meg a zöld kémia fejlesztésének fő irányát. Azok kerülnek majd technológiailag vezető pozícióba, akik képesek lesznek ún. szén-dioxid-semleges és/vagy szén-dioxid-negatív fajokat, fajtákat és technológiákat életre hívni. Kijelenthető, hogy a növényi biotechnológia, a botanika és a növényélettan összefonódása – a hagyományos és a molekuláris módszerek kombinálásával – új kutatási és fejlesztési perspektívákat teremt ezen a területen. A biológiai légköri szén-dioxid-megkötés biofinomítókkal összefüggő kutatása és az okszerű szén-dioxid-barát technológiák elterjesztése a hazai mezőgazdaság jövőképében még nem kaptak központi helyet.

7.9. Javaslat: Országos Biomassza Kutatási-Fejlesztési Bizottság (OBKFB) létrehozása A nagy felületen és nagy tömegben termelhető energetikai célra telepített növények közül Magyarországon eddig az első generációs biomasszanövények ismertek, mint pl. az energiafű- és a faültetvények. Magyarországon a közvetlen eltüzelést, biogáztermelést és a kialakulóban lévő lignocellulóz-alapú bioetanol-ipart kiszolgáló, évelő energiaültetvények átgondolt tervezése a teljes input-output rendszerben (fenntarthatóság, nyersanyag-előállítás, előállítás logisztikája, feldolgozás, felhasználás infrastruktúrája, környezeti és egészségügyi vonatkozások, agro-üzemanyagok keverési stratégiája) szükséges. Megfelelő támogatás esetén az ún. biogenerációs (cellulóz-farming) biomasszanövény-fajok és -fajták előállítása terén Magyarország a jövő biomasszaiparában nemzetközileg elismert szerepet játszhat. A jelenlegi adatok ös�szegzése szerint a régi és új generációs biomasszanövények összes felülete – falufűtési programok indításával együtt – 2020–2025-ig elérheti a 350–420 ezer ha felületet, melynek a fele, mintegy 165–210 ezer ha marginális területekre kerülhet, az ún. „biomassza-dilemma” vezető képviselői által is remélt, új generációs biomasszanövények közelgő elterjedésének köszönhetően (7.10. ábra). Annak érdekében, hogy ezek a ma még széles határok között mozgó számok pontosan tervezhetők, és közgazdaságilag is maradéktalanul megalapozottak legyenek, az USA-ban 10 éve működő BRDR-hez hasonló felépítésű innovációs szervezet hazai életre hívása ajánlható. Felismerhető, hogy egy ilyen szervezet jelentősége a 2014–2020 közötti évek stratégiai tervezésének időszakában különösen nagy jelentőséget kap. Ez a koordináció a decentralizált közösségi (pl. önkormányzati körben) szinten is kiemelt nemzetstratégiai és vidékfejlesztési jelentőséggel bír, pl. a Darányi Ignác Terv keretében. 261


Határozott politikai akarat és gyors döntés nélkül azonban egy ilyen szervezet – Magyarország jelenlegi széttagolt érdekrendszerében – nem fog létrejönni. Ez a szervezet hatékonyan megoldaná az egyes állami intézmények és a magánszektor között a biomasszaipar 7 részterületére bontható koordinációs nehézségeket, mely napjainkban még szinte áttekinthetetlen, ezáltal alacsony költséghatékonyságú. Az állandó megbízatással, önálló szervezeti-működési szabályzattal és állami feladatkörrel megszervezett „Országos Biomassza Kutatási-Fejlesztési Bizottság / Testület – OBKFB” Magyarország jövőbeli bioüzemanyag-iparának stratégiai irányító szerve, fóruma lenne, mely hatékonyan szolgálná az ország energiafüggés-csökkentésének és GHG-kibocsátás-csökkentésének nemzeti ügyeit. Ezzel elkerülhető lenne a biomassza-szektorra jellemző széttagoltság, integrációhiány, párhuzamosság, dezinformáltság stb. Az USA-ban kialakított modellhez, a BRDR-hez hasonló felépítésű és működtetésű szervezet életre hívása Magyarországon különösen gyümölcsöző lenne. Hatékonyan megoldaná az egyes állami intézmények és a magánszektor közötti biomassza-ipari koordinációs nehézségeket. A múlt század nyolcvanas éveiben Magyarországon már működött egy intézményközi biomassza-ipari szakértői csoport, mely azonban újabb feladatok, és szervezeti keretek megteremtése nélkül később feloszlott. Egy ilyen új szervezet – akár a BRDB hét részlegénél is továbbképzett, nyelveket beszélő, nemzetközileg kompetens fiatal szakembergárdával – biztos siker lenne; alkotó módon szolgálnánk az önkormányzatok, a vidék, a decentralizált ipari felhasználók és az ország energiafüggés-csökkentésének és GHG-kibocsátás-csökkentésének nemzeti ügyét.

7.10 ábra. A cellulóz-farming és levélfehérje zöld biofinomító programok lehetnek a magyar agrár-biotechnológiai innováció legújabb kitörési pontjai. Nemzetközi színvonalon szervezett ipari, ágazati és egyetemi háttérkutatás létrehozására van szükség. A Debreceni Egyetemen 2013-ban létrehozott Plantbiogén program és a biogenerációs növények kutatása lehet ennek az egyik centruma. A) olasznádszalmából gyártott biobrikett. B) A biomassza-finomítók környékén a szántóföldeken (és utakon) a jövőben gyakrabban lehet majd találkozni hasonló látvánnyal. (Fári Miklós felvételei)

262

7.9. Javaslat: Országos Biomassza Kutatási-Fejlesztési Bizottság (OBKFB) létrehozása

7.9.1. Biomass Research and Development Board (BRDR – USA) Az USA-ban a bioüzemanyagok iránti megnövekedett vállalkozói érdeklődés hatására, továbbá az ország kőolajimport-függésének mérséklésére 2000-ben – 17 szövetségi szervezet részvételével – az amerikai biomassza K+F+I-t koordináló központi szervet hívtak életre, a Biomassza Kutatási és Fejlesztési Testületet (BRDR, Biomass Research and Development Board). A BRDR elmúlt tízévi működésének hatása élesen kitapintható az amerikai második és harmadik generációs agroüzemanyag program ambiciózus előrehaladásában. Az amerikai szervezet 7 területen fejt ki államilag koordinált aktivitást, melyek a teljes biomassza-vertikum input és output szegmenseit felölelik, az alábbiak szerint: 1. Fenntarthatósági kérdések. 2. A nyersanyag-, alapanyag-termelés kérdései. 3. A nyersanyag-, alapanyag-ellátás logisztikai vonatkozásai. 4. A biomassza-átalakítás tudománya és technológiája. 5. A bioüzemanyagokkal történő ellátás infrastruktúrája. 6. A bioüzemanyagokkal kapcsolatos környezet-egészségügyi és biztonsági kérdések. 7. A bioetanol benzinhez történő keverésének vonatkozásai. A már napvilágot látott, azonban eddig kevéssé feldolgozott USA-beli információk nemcsak a hazai, hanem az európai agroüzemanyag szektor irányításával, kutatással és beruházásokkal foglalkozó szereplői előtt is tanulságosak [7.75] és a jövő autóiparával közvetlenül foglalkoztató szakértőket is foglalkoztató kérdés [7.76]. Példaként megemlíthető az USA, Department of Energy (DOE) által létrehozott Regionális Biomassza Energianövény Hálózat Szabadföldi Energianövény Kísérletek gyűjteménye, mely szerint 2010-ben összesen 52 helyszínen folytak kutatások biomasszanövényekkel az alábbiak szerint: 1. gabonaszalma: 17 helyszín; 2. kukoricakóró: 7 helyszín; 3. cirok: 6 helyszínen elkezdve, 1 helyszínen kezdés előtt; 4. CRP: 6 helyszínen; 5. vesszős seprőcirok: 5 helyszín; 6. Miscanthus sp.: 5 helyszín; 7. energianád: 4 helyszínen elkezdve, 1 helyszínen kezdés előtt. A BRDB nyilvántartásai szerint az USA-ban 2003–2010 között összesen 376 biomas�sza K+F programot mintegy 490 millió USD összeggel támogattak, mely összeg a megújítható energia szektor teljes szövetségi K+F támogatásának a harmadát teszi ki.

263


Köszönetnyilvánítás A kutatásokat a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0041 számú projekt támogatta, mely az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. A szerzők ezúton fejezik ki köszönetüket az Ereky Károly Biotechnológiai Alapítványnak, a kutatásokban részt vevő valamennyi korábbi és jelenlegi munkatársuknak, Bradács Zsuzsának, Kaprinyák Tündének, Koroknai Juditnak, Kovács Ágnesnek, Szakadát Gyulának, Dr. Tarek Alshaalnak, Tóth Csabának, Nevien Elhawatnak, Dr. Hassan El Ramadynak és további szakmai közreműködőnek, Paluska Ferencnek, idősebb és fiatalabb Kertész Tamásnak áldozatos munkájukért. A szerzők ezúton köszönik meg az USA-ban élő Prof. Márton László, Dr. Czakó Mihály kutatóknak 2004. szeptember és 2013. május vége között nyújtott szakmai segítségüket, továbbá Dr. Tóth Endrének és Szarvas Pálnak a korábbi építő együttműködésüket.

Irodalom [7.1] Velich I. (szerk.): Válság, vagy egyensúly? Gondolatok és feladatok a rezisztencianemesítésben. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1982 [7.2] Lusser, M.–Parisi, C.–Plan, D.–Rodriguez-Cerezo, E.: Deployment of new biotechnologies in plant breeding. Nature Biotechnology, 2012, 30, 231–239. [7.3] Márton L.–Fári M. (2011): A GM technika lehetséges szerepe a jövő biomassza-növényeinek előállításában, szaporításában és feldolgozásában. In: Genetikailag módosított előlények (GMO-k) a tények tükrében. Magyar Fehér Könyv. Balázs E.–Dudits D.–Sági L. Barabás Zoltán Biotechnológiai Egyesület, Dudits Dénes, Szeged, 66–71. [7.4] Reinert, J.: Morphogenese und ihre Kontrolle an Gewebekulturen aus Carotten. Naturwissenschaft, 1958, 45, 344–345. [7.5] Steward F. C.–Marion O. M.–Mears K.: Growth and organized development of cultured cells. II. Organization in cultures grown from freely suspended cells. American Journal of Botany, 1958, 45, 705–708. [7.6] Redenbaugh, K.: Introduction. In: Synthetic Seeds: Application of Synthetic Seeds to Crop Improvement. Ed. Redenbaugh, K. CRC Press, Boca Raton, Fal., 1993, 3–10. [7.7] Weseman, J. C.: Synthetic seed patents. In: Synseeds: Appilication od Synthetic seeds to Crop Improvement. Redenbaugh K. ed. CRC Press, London, 1993, 215– 228. [7.8] Sharma, S.–Shahzad, A.–Teixeira da Silva, J. A.: Synseed technology – A complete synthesis. Biotechnology Advances, 2013, 31(2) 186–207. [7.9] Helal, N. A. S.: The Green Revolution Via Synthetic (Artificial) Seeds: A Review. Research Journal of Agriculture and Biological Sciences, 2011, 7(6) 464–477. [7.10] Ara, H.–Jaiswal, U.–Jaiswal, V. S.: Synthetic seed: prospects and limitations. Current Science, 2000, 78, 1438–1444. [7.11] Pintos, B.–Bueno, M. A.–Cuenca, B.–Manzanera, J. A.: Synthetic seed production from encapsulated somatic embryos of cork oak, Quercus suber L. and automated growth monitoring. Plant Cell Tissue Organ Cult., 2008, 95, 217–225. [7.12] Chand, S.–Singh, A. K.: Plant regeneration from encapsulated nodal segments of Dalbergia sissoo Roxb. – a timber yielding leguminous tree. Journal of Plant Physiology, 2004, 161, 237–243.

264

Irodalom [7.13] Hung, C. D.–Trueman, S. J.: Alginate encapsulation of shoot tips and nodal segments for short-term storage and distribution of the eucalypt Corymbia torelliana×C. citriodora. Acta Physiology Plant., 2012, 34, 117–128. [7.14] Naik, S. K.–Chand, P. K. 2006: Nutrient-alginate encapsulation of in vitro nodal segments of pomegranate, Punica granatum L. for germplasmdistribution and exchange. Sci Hortic., 2006, 108, 247–252. [7.15] Jung, S. J.–Yoon, E. S.–Jeong, J. H.–Choi, Y. E.: Enhanced post-germinative growth of encapsulated somatic embryos of Siberian ginseng by carbohydrate addition of the encapsulation matrix. Plant Cell Reports, 2004, 23, 365–370. [7.16] Nhut, D. T.–Tien, T. N. T.–Huong, M. T. N.–Hien, N. T. T.–Huyen, P. X.–Luan, V.Q.: Artificial seeds for propagation and preservation of Cymbidium spp. Propagation of Ornamental Plant, 2005, 5, 67–73. [7.17] Rai, M. K.–Asthana, P.–Singh, S. K.–Jaiswal, V. S.–Jaiswal, U.: The encapsulation technology in fruit plants – a review. Biotechnol Adv., 2009, 27, 671–679. [7.18] West, T. P.–Preece, J. P.: Bulk alginate encapsulation of Hibiscus moscheutos nodal segments. Plant Cell Tissue Organ Cultural, 2009, 97, 345–351. [7.19] Sutton-Polonenko, D. R.: Commercialization of Plant Somatic Embryogenesis. In: Somatic Embryogenesis in Woody Plants, 1999, Vol. 4, 263–291. [7.20] Egertsdotter, U.–Clapham, D. (2011): Method for maturing and synchronizing conifer somatic embryos, 2011. 03. 19. USA, US20130065306 sz. találmány [7.21] Kong, L.–Denchev, P.–Radley, R.–Lobatcheva, I. I.–Attree, S. M. (2011): Method of culturing conifer somatic embryos using S(+)-abscisic acid, 2011. 04. 14., USA, US8124412 B2 sz. találmány [7.22] R ise, M.–Grossnickle, S. C.–Fan, S.–Attree, S.–Denchev, P.–Krol, P. M.–Shang, M. (2006): Aerated liquid priming of conifer somatic germinants, 2006. 03. 10. USA, US7923249B2 sz. találmány [7.23] Fan, S.–Grossnickle, S. C.–Rise, M.–Attree, S. M.–Folk, R. (2010): Nutrient medium used for ex vitro sowing, germination, growth and conversion of plant somatic embryos or germinants, 2010. 07. 30. USA, US7901922B2 sz. találmány [7.24] Attree, S. M.–Denchev, P.–Kong, L.–Lobatcheva, I. I.–Radley, R. A.–Tsai, C. J. (2004): A method for reproducing conifers by somatic embryogenesis using galactose containing compounds as a carbon and energy source, 2004.01.23. European Patent Register, EP1587915B1 sz. találmány [7.25] Find, J. I. (2000): Method for maturation of conifer somatic embryos, 2000.09.30. European Patent Register, EP 1217884 B1 sz. találmány [7.26] Attree, S. M.–Fowke, L. C. (1993): Desiccated conifer somatic embryos, 1993. 12.01., USA, US 5464769 A sz. találmány [7.27] Polonenko, D. R.–Zimmer, G.–Zimmer, W.–Mullner, C.–De La Campa, J.–Grossnickle, S. C.–Patterson J. (2004): Device for assisting transplanting of seedlings, machine incorporating the device, and method using the device, USA, US 7263936 B2 sz. találmány [7.28] Aidun, C. K. (2009): Methods and devices for dispersing somatic plant embryos, 2009.04.09. USA, US2011/0039337A1 sz. találmány [7.29] Ducos, J. P.–Labbe, G.–Lambot, C.–Pétiard, V.: Pilot scale process for the production of pregerminated somatic embryos of selected robusta. Coffea canephora clones. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 2007, Vol. 43, 652–659. [7.30] Gielis, J.: Bamboo and biotechnology. European Bamboo Society Journal, 1995, 6th May, 27–39. [7.31] Gielis, J.–Oprins, J.: The strategic role of biotechnology in mass scale production of woody bamboos. In: El Bassam, N.–Behl, R. K.–Prochnow, B. (eds) Sustainable Agriculture for Food, Energy and Industry. James and James Science Publishers Ltd., UK, 1998, 167–171.

265

7. Biogenerációs növények kutatása a Debreceni Egyetemen és… [7.32] Gielis, J.–Oprins, J.: Micropropagation of temperate and tropical woody bamboos – from biotechnological dream to commercial reality, Vth International Bamboo Congress, San José, Costa Rica, November 2–6, 1998 [7.33] Gielis, J.–Oprins, J.: Bamboo for Europe. EU-FAIR CT1747, Final individual report, 2000 [7.34] Gielis, J.–Peeters, H.–Gillis, K.–Oprins, J.–Debergh, P. C.: 2002: Tissue culture strategies for genetic improvement of bamboo. Proceedings of the twentieth International Eucarpia Symposium, Section Ornamentals, Strategies for New Ornamentals, Van Huylebroeck J., Van Bockstaele E., Debergh P. Editors. Acta Horticulturae, 2002, 552, 195–203. [7.35] Woods, S. H.–Woods, John E. (1992): Method and media for the somatic embryogenesis and regeneration of bamboo, 1992. 03.10., USA, US005334530A sz. találmány [7.36] Gielis, J.–Woods, J. E.–Woods S. H.–Oprins, J. (1993): Micropropagation, synthetic seeds and germplasm storage of bamboos, 1993. 02.18. USA, US 006677154 B2 sz. találmány [7.37] Woods, S. H.–Woods J. E. (2002): Propagation of plants such as bamboo from meristematic tissues, by cleaning, then culturing in germination medium and transferring the seedlings to trays on conveyors, 2002. 01.04. USA, US 7052912 B1 sz. találmány [7.38] Gielis, J.–Woods J. E.–Woods, S. H.–Oprins, J. (1999): Prepartion of growth nutrient for plants; obtain plant, remove stems, propagate in tissue culture, 1999.02.18. USA, US 20020086425 A1 sz. találmány [7.39] Youngs, H.–Somerville, C.: Development of feedstocks for cellulosic biofuels, F1000 Biology Reports, 2012, 11, 4. [7.40] Dalton, S. J.: Biotechnology of Miscanthus. In: Jain, S. M.–Gupta, D. (eds) Biotechnology of neglected and underutilized crops. Springer Verlag, 2013, 243–294. [7.41] Pilu, R.–Manca, A.–Landoni, M.: Arundo donax as an energy crop: pros and cons of the utilization of this perennial plant. Maydica electronic publication, 2013, 58: 54–59. [7.42] Takahashi, W.–Takamizo, T.–Kobayashi, M.– Ebina, M.: Plant regeneration from calli in giant reed (Arundo donax L.). Grassland Science, 2010, 56, 224–229. [7.43] Dhir, S.–Knowles, K.–Pagan, C. L.–Mann, J.–Dhir, Sh.: Optimization and transformation of Arundo donax L. using particle bombardment. African Journal of Biotechnology, 2010, Vol. 9(39) 6460–6469. [7.44] Czakó, M.–Feng, X. Z.–He, Y.–Dali Liang, D.–Márton, L.: Genetic Modification of Wetland Grasses for Phytoremediation. Z. Naturforsch., 2005, 60, 285–291. [7.45] Czakó, M.–Feng, X. Z.–He, Y.–Gollapudi, S.–Márton, L.: In vitro propagation of Wetland Monocots for Phytoremediation. M. Mackova et al. Editors., Phytoremediation Rhizoremediation, Springer Verlag, 2006, Vol. 9, 217–225. [7.46] Lester, L. A.–Knowles, K.–Dhir, S.–Dhir, S. K.: Somatic embryogenesis and genetic transformation in Arundo donax. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Animal, 2004, 40, 39. [7.47] Singh, S. K.–Jenner, C. F.: Culture of detached ears of wheat in liquid culture. Aust. J. Plant Physiol., 1983, 10, 227–236. [7.48] Singh, M.–Moore, D.–Knowles, K.–Dhir, S. K.: Plant regeneration of Arundo donax L through somatic embryogenesis. In Vitro Cellular & Developmental Biology Plant. 2003, Vol. 39, 51. [7.49] Singh, M.–Moore, D.–Knowles, K.–Dhir, S. K.: Expression of GFP reporter gene in Arundo donax following microprojectile bombardment. In Vitro Cellular & Developmental Biology Plant. 2003, Vol. 39, 40. [7.50] Bacher, W.–Mix-Wagner, G.–Sauerbeck, G.–El-Bassam, N.: Giant Reed Network. Improvement, productivity, biomass quality. Final Individual Progress Report FAIR-CT-96-2028. Participant, 2001, 9, FAL, 1–79. [7.51] Tóth, Sz.–Mix-Wagner, G.: Embryogenic callus induction of different explants of Miscanthus sinensis, Miscanthus x giganteus and Arundo donax genotypes. In: N. El Bassam (ed.) Sustainable Agriculture for Food, Energy and Industry and Strategies Toward Achievement. 1998, 249–253.

266

Irodalom [7.52] Tóth, Sz.–Mix-Wagner, G.–Frahnert, C.–Deuter, M.–El Bassam, N.: In-vitro cultures of different explants of Miscanthus sinensis, Miscanthus x giganteus and Arundo donax genotypes. 10th European Conference of Biomass for Energy and Industry, 8–11. June, Würzburg., Germany, 1998, 1062–1066. [7.53] Linder, C.–Gallagher, J. L.: Tissue culture and regeneration of the giant reed Arundo donax L., American Journal of Botany, 1998, 85, 89. [7.54] Márton L.–Czakó M. (2007): Method for micropropagation of monocots based on sustained totipotent cell cultures, 2007. 05. 07. European Patent Register, EP 2150100 B1 sz- találmány [7.55] Márton L.–Czakó M. (2002): Sustained totipotent regenerable tissue culture of Arundo donax (giant reed) and totipotent tissue and plants produced therefrom, 2002.02.05, European Patent Register, WO 2002063023 A2 sz. találmány [7.56] Márton L.–Czakó M. (2007): Propagating arundo species in nutrient broth and on teriary medium containing auxin and cytokinin, 2007.05.07. USA, US 7863046 B2 sz. találmány [7.57] Márton L.–Czakó M. (2002): Sustained totipotent regenerable tissue culture of Arundo donax (Giant Reed) and totipotent tissue and plants produced therefrom, 2002. 02. 05. USA, US2002/0166149A1 sz. találmány [7.58] Márton L.–Czakó M. (2002): Selecting an explant of living tissue from the plant and cultivating the tissue on a primary medium to produce totipotent tissue, 2002. 02. 05. USA, US 6821782 B2 sz. találmány [7.59] Joshi, R.–Kumar, P.: Regulation of somatic embryogenesis in crops: A Review., Agricultural Reviews, 2013, 34, 1–21. [7.60] Fan, S.–Janic V. (2000): Enhancing germination of plant somatic embryos by priming, 2000.04.14. USA, US 6689609 B1 sz. találmány [7.61] Somleva M.–Ali A. (2010): Propagation of transgenic plants, 2010. 03. 05. USA, US2010/0229256A1 sz. találmány [7.62] Aidun, C. K. (2012): Separator device, deposition device and system for handling of somatic plant embryos, 2012. 08. 09., USA, US20120202289 A1 sz. találmány [7.63] ] Redenbaugh, K.–Paasch, Brian D.–Nichol, James W.–Kossler, Mary E.–Viss, Peter R.– Walker, Keith A.: Somatic Seeds: encapsulation of asexual plant embryos. Nature Biotechnology, 1986, 4, 797–801. [7.64] Nannipieri, P.: Johanna Döbereiner. Biology and Fertility of Soils, . 2001, 33(1) 2. [7.65] Conway, G.: One Billion Hungry: Can We Feed the World? Comstock Pub. Associates, 2012 [7.66] Subbarao, G. V.–Ishikawa T.–Ito O.–Nakahara K.–Wang H. Y.–Berry W. L.: A bioluminescence assay to detect nitriﬁcation inhibitors released from plant roots: a case study with Brachiaria humidicola. Plant and Soil, 2006, 288, 101–112. [7.67] Subbarao, G .V.–Wang H. Y.–Ito O.–Nakahara K.–Berry, W. L.: NH4+ triggers the synthesis and release of biological nitriﬁcation inhibition compounds in Brachiaria humidicola roots. Plant and Soil, 2007, 290, 245–257. [7.68] Subbarao, G. V.–Nakahara, K.–Hurtado, M. P.–Ono, H.–Moreta, D. E.–Salcedo, A. F.–Yoshihashia, A. T.–Ishikawa, T.–Ishitani, M.–Ohnishi-Kameyama, M.–Yoshida, M.–Rondon, M.–Raob, I. M.–Lascano, C. E.–Berry, W. L.–Ito, O.: Evidence for biological nitrification inhibition in Brachiaria pastures. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(41) 17302–17307. [7.69] Subbarao, G.V.: Biological nitrification inhibition by Brachiaria humidicola roots varies with soil type and inhibits nitrifying bacteria, but not other major soil microorganisms. Soil Science and Plant Nutrition, 2009, 55, 725–733. [7.70] Subbarao, G. V.–Sahrawat, K. L.–Nakahara, K.–Ishikawa, T.–Kudo, N.–Kishii, M.–Rao, I. M.–Hash, C. T.–George, T. S.–Srinivasa, R. P.–Nardi, P.–Bonnett, D.–Berry, W.–Suenaga, K.–Lata, J. C.: Biological nitrification inhibition (BNI) – A novel strategy to regulate nitrification in agricultural systems. Advances in Agronomy, 2012, 114: 249–302.

267

7. Biogenerációs növények kutatása a Debreceni Egyetemen és… [7.71] Popp, J.–Lakner, Z.–Harani-Rákos, M.–Fári, M. G.: The effect of bioenergy expansion: Food, energy, and environment. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, 32, 559–578. [7.72] A lshaal, T.–Domokos-Szabolcsy, É.–Márton, L.–Czakó, M.–Kátai, J.–Balogh, P.–Elhawat, N.–El-Ramady, H.–Gerőcs, A.–Fári, M. (2013a): Restoring Soil Ecosystems and Biomass Production of Arundo donax L. under Microbial Communities-Depleted Soil. Bioenergy Research, 2013, 7(1) 268–278. [7.73] Alshaal, T.–Domokos-Szabolcsy, É.–Márton, L.–Czakó, M.–Kátaim J.–Balogh, P.–Elhawat, N.–El-Ramady, H.–Fári, M. G.: Phytoremediation of bauxite-derived red mud by giant reed. Environmental Chemistry Letters, 2013, 11(3) 295–302. [7.74] Elhawat, N.–Alshaal, T.–Domokos-Szabolcsy, É.–El-Ramady, H.–Márton, L.–Czakó, M.– Kátai, J.–Balogh, P.–Sztrik, A.–Molnár, M.–Popp, J.–Fári M. G.: Phytoaccumulation potentials of two biotechnologically propagated ecotypes of Arundo donax in copper-contaminated synthetic wastewater. Environmental Science and Pollution Research (in press) [7.75] Fári M. G.: A jövő biomassza, vagy (és) energia növényei!? A magyar agrár- és vidékfejlesztés kilátásai. Budapest, Agroinform Kiadó, 2010, 45–56. [7.76] Szemerey Sz.–Pézsa N.: A biogáz és bioetanol gazdaságos előállításának kérdései és problémái. A jövő gépjárműve, 2010, 1–2, 5–11.

268

8. A közel nulla energiaigényű épületek követelményei – elméleti és gyakorlati elemzés, javaslatok hazánk számára

Épületinformatika pontosabban: az alacsony külső energiabevitelt igénylő épületek fűtését, hűtését, szellőztetését, villamosenergia-ellátását részben – a jól ismert módon – a megfelelően szigetelt épületburok, nevezetesen a falak, födémek, épületszerkezetek, nyílászárók megfelelő kialakításával lehet biztosítani. Ezeket az épületeket közel nulla energiaigényű épületeknek nevezik. Jelen tanulmányban az EU-tagországokra vonatkozóan azokat az épületeket energiával ellátó – döntően megújuló energiát alkalmazásba vevő – megoldásokat tekintjük át, melyek már legalább jogszabályi előírásokban léteznek, illetve a praktikumban már üzemelnek. Az épületinformáció alatt tehát a következőkben áttekintjük és elemezzük: a) az egyes EU-tagországokban az épületek kialakítására, tervezésére, üzemeltetésére vonatkozó jogszabályokat, b) az egyes EU-tagországokban megengedett, előírt fajlagos primerenergia-felhasználást a különböző épülettípusokra, c) az EU-tagországokban alkalmazott „best practice” megoldások lehetséges magyarországi alkalmazásba vételét. Jelen épületinformatikai tárgyú tanulmányunknak nem tartalma az „intelligens ház” automatikus működtetését megvalósító rendszer vizsgálata.

8.1. EU-követelmények – irányelvek: Directives – a közel zéró (NZEB) energiaigényű épületekre vonatkozóan Az Európai Unió először 2002-ben fogalmazott meg követelményeket az épületek energetikai jellemzőivel szemben (2002/91/EK irányelv, ún. EPBD direktíva), melyet hazánk az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelettel ültetett át a magyar jogrendbe. 2010-ben az EPBD direktíva átdolgozásának eredményeképpen megszületett az épületek energiahatékonyságáról szóló 2010/31/EU irányelv (ún. EPBD Recast), mely már követelményeket határozott meg a közel nulla energiaigényű épületekre vonatkozóan. Az irányelv megfogalmazása szerint ún. közel nulla energiaigényű épület (nearly zero-energy building, a továbbiakban: NZEB), amely egyrészt igen magas energiahaté269

8. A közel nulla energiaigényű épületek követelményei…

konysággal rendelkezik (a direktíva I. mellékletében meghatározott követelményeknek megfelelően), másrészt pedig a felhasznált közel nulla vagy nagyon alacsony mennyiségű energiának igen jelentős részben megújuló forrásokból kell származnia, beleértve a helyszínen vagy a közelben előállított megújuló forrásokból származó energiát is (2. cikk 2. bekezdés) [8.19]. Az irányelv előírja a tagállamok számára, hogy 2020. december 31-ig valamennyi új épület NZEB legyen, de a hatóságok által használt vagy tulajdonukban lévő új épületekre vonatkozóan már 2018. december 31. után érvényes az előírás. Továbbá követelmény, hogy a tagállamok nemzeti terveket készítsenek az NZEB-ek számának növelésére, és az ilyen tervekről rendszeresen jelentést kell tenniük a Bizottságnak. E tervek tartalmazhatnak épületfajta szerint differenciált célokat is. A tagállamoknak emellett szakpolitikákat kell kidolgozniuk és intézkedéseket kell hozniuk (pl. célok meghatározása) az épületek átalakításának ösztönzése érdekében, és ezekről tájékoztatniuk kell a Bizottságot a nemzeti terveikben (9. cikk 1. és 2. bekezdés) [8.19]. A tagországok mindegyikének meg kell határoznia a legfontosabb épületkategóriákra vonatkozóan (lásd irányelv I. melléklete) [8.19] azokat a követelményértékeket, melyek alapján eldönthető, hogy adott épület NZEB kategória-e vagy sem (pl. számszerű érték kWh/m2/év primerenergia-fogyasztásra).

8.1.1. NZEB-értelmezések, definíciók az egyes tagállamokban Az Európai Bizottság 2013 júniusában készített jelentést a tagállamok által NZEB terén elért eredményekről [8.9]. A jelentés megjelenésének időpontjáig összesen 14 ország küldött be nemzeti terveket (köztük Magyarország is, amelyre azonban nem terjedt ki az elemzés). Ennek ellenére azonban csak négy tagállam (Belgium, Ciprus, Dánia és Litvánia) közölt olyan tervet, amelyben a meghatározás számszerűsített célt és a megújuló energiaforrások részarányát egyaránt magában foglalja. A legtöbb tagállamban az NZEB fogalmának meghatározása még kidolgozás, illetve elfogadás alatt van. Néhány tagállam olyan célkitűzésekről számolt be, amelyek túlmutatnak az NZEBkövetelményeken. Ilyenek például a nulla energiaigényű épületek Hollandiában, a pozitív energiamérlegű épületek Dániában és Franciaországban, az éghajlat-semleges új épületek Németországban, valamint a zéró szén-dioxid-kibocsátásra vonatkozó normák az Egyesült Királyságban. Az alábbiakban az egyes tagállamok NZEB nemzeti terveire alapozva mutatunk be néhány értelmezési alternatívát.

8.1.1.1. Bulgária A bolgár szabályozás értelmében az NZEB kategória definíciója három kritérium együttes teljesülésének felel meg: 1. az épület primerenergia-fogyasztása a bolgár „A” energetikai besorolásnak megfelelő (ez minden épület típus esetén teljesítendő); 2. bizonyos minimális megújuló részarány elérése az épület energiamérlegében (fűtésre, hűtésre, HMV-előállításra és szellőzésre használt primer energia); 3. az 500 m2270

8.1. EU-követelmények – irányelvek: Directives – a közel zéró (NZEB) energiaigényű…

nél nagyobb hasznos alapterületű épületek esetén egy bizonyos maximális villamos energia célú, az épület energiamérlegén belül számított energiafelhasználási arány meg nem haladása. (Bolgár NZEB nemzeti terv) [8.36] Az épületeket a hasznos alapterület nagysága szerint három csoportra osztották, melyekre eltérő követelményeket határoztak meg (8.1. táblázat). Ezek az alábbiak: 8.1. táblázat. A bolgár NZEB nemzeti terv kritériumrendszere Hasznos alapterület (m2)

NZEB-követelmények

„A” jelű energetikai besorolás és… ≤ 500

Min. 50% megújulóenergia-arány

500–7000

Min. 30% megújulóenergia-arány + Max. 30% villamosenergia-arány

7000 felett

Min. 20% megújulóenergia-arány + Max. 40% villamosenergia-arány

8.1.1.2. Dánia A dánok már 2011-ben meghatározták azt az új épületekre vonatkozó opcionális kategóriát, mely az NZEB-követelmények teljesítését irányozta elő. Ennek értelmében az épületenergetikai előírásokba bekerült egy választható „Building Class 2020” minősítés, melynek esetében a 2006. évi szinthez képest 75%-os az épület energiafelhasználásának csökkenése. A dán kormány úgy tervezi, hogy ezen előírás válik majd kötelezővé 2018 végétől a kormányzati, 2020 végétől pedig az összes többi új épület esetén. Az NZEB kategória eléréséhez lakóépületek esetén a fűtéshez, szellőzéshez és melegvíz-ellátáshoz szükséges, egy m2 fűtött alapterületre vetített sugárzási hőnyereség nem haladhatja meg az évi 20 kWh-t. A nem lakóépületek esetén a fűtéshez, hűtéshez, szellőzéshez, melegvíz-ellátáshoz és világításhoz használt sugárzási hőnyereség pedig nem lehet több fűtött m2-re vetítve évi 25 kWh-nál. Ezen követelmények teljesítése már nehezen érhető el megújuló energiák használata nélkül. (Dán NZEB cselekvési terv) [8.36]

8.1.1.3. Egyesült Királyság A brit kormány jelenlegi célja, hogy 2016-tól minden új lakóház, valamint 2019-től minden új, nem lakás céljára használt épület is zéró szén-dioxid-kibocsátású legyen (kormányzati épületek esetén 2018-tól). E célkitűzés tehát nem az energiafelhasználás oldaláról közelít, nem input oldalú, hanem az output, a környezetszennyezés csökkentése a kiemelt cél. A britek szerint e követelmény megfelel a direktíva előírásainak, mivel ösztönzi a helyben használt megújuló energiaforrások (pl. hőszivattyúk, fotovoltaikus berendezések), továbbá a megújuló alapon működő távfűtés elterjedését. (Brit NZEB cselekvési terv) [8.36] 271


8.1.1.4. Hollandia A hollandok meghatároztak egy ún. energiateljesítmény-együtthatót (Energy Performance Coefficient, EPC), amely a zéró energiafelhasználású épületek esetén nulla, míg NZEB esetén közel nulla. (Holland NZEB cselekvési terv) [8.36]

8.1.1.5. Németország Németországban jelenleg dolgozzák ki a hivatalos NZEB-standard részleteit, de a lakóépületek esetén ennek alapját a jelenleg is a KfW Bank által támogatott energiahatékony házak éves primerenergia-felhasználás megtakarítása fogja képezni (KfW-Effizienzhaus 40, 55, illetve 70, vagyis a jogszabály által meghatározott referenciaépülethez képest 40, 55 vagy 70% az adott épület éves primerenergia-felhasználása). A németek úgy gondolják, hogy ezek lehetnek költséghatékony és megvalósítható NZEB-alternatívák. (Német NZEB cselekvési terv) [8.36]

8.1.1.6. Szlovákia A szlovák szabályozás szerint az NZEB kategória három kritérium együttes teljesítésével érhető el: ◆ a fajlagos fűtési hőigény minimálisra való csökkentése (speciális burkolatok, sugárzási hőnyereség kihasználása) ◆ a fűtésre, hűtésre, szellőzésre, HMV-igényre és a világításra használt primerenergia-felhasználás csökkentése (várhatóan –50%) ◆ a primerenergia-igény jelentős része megújuló energiaforrásokból fedezendő (épületen belül vagy annak közelében) A szlovák nemzeti terv konkrét kWh/m2/a értékeket is tartalmaz az NZEB kategóriára vonatkozóan (lásd 1. melléklet 2. táblázata), pl. egy családi ház esetén a fajlagos fűtési hőigény nem haladhatja meg a 20,4 kWh/m2-t évente. (Szlovák NZEB cselekvési terv) [8.36]

8.1.2. A hazai NZEB-értelmezés A Belügyminisztérium megbízást adott a Debreceni Egyetem Műszaki Kara Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszékének a nemzeti tervek előkészítését szolgáló tanulmány elkészítésére, valamint a közel nulla energiaigényű épülettípusok műszaki paramétereinek és definíciójának megállapítására a még gazdaságos megvalósíthatóságot és a hazai építőipari és gazdasági folyamatokat is figyelembe véve [8.10]. Emellett az Energiaklub [8.23] végzett költségoptimum-elemzéseket, melyek alapján eldönthetővé vált, hogy a javasolt építészeti megoldások, valamint megújuló energiát hasznosító rendszerek alkalmazása a költségoptimum sávba esnek-e. Ha igen, a javasolt követelmény elfogadható volt, ha pedig nem, akkor a követelmény módosítására volt szükség. 272


A műszakilag és gazdaságilag optimális értékek összevetésének eredményeként kiderült, hogy míg az iroda- és iskolaépületek esetében a műszaki megfontolások alapján javasolt követelményértékek új épületekre vonatkozóan a költségoptimum sávba eső megoldásokkal teljesíthetők, addig a lakóépületek esetén felmerül a követelmények enyhítésének igénye (8.2. táblázat).

Jelenlegi követelmény

Optimumsávban minimális Ep

Referenciaépület

Költségoptimális szint

8.2. táblázat. Referenciaépületek szerinti költségoptimális követelményértékek

A jelen követelményhez viszonyítva*

kWh/m2a

Megjegyzés

%

CSH-1 Meglévő családi ház, vályog

118,3

106

207,0

57

51

Csak fatüzelési változatok*

CSH-2 Meglévő családi ház, tégla

198,6

132

205,0

97

64

Megújuló változatokkal

CSH-3 Megleső családi ház, B30

102,6

96

206,5

49

47


CSH-4 Meglévő családi ház, Ikersejt

129,4

80

204,0

63

39

Megújuló változattal

CSH-5 Meglévő családi ház, Porotherm 250

105,7

80

186,5

56

43


CSH-6 Uj építésű családi ház, Porotherm 120

141,5

114

224,0

63

51

Megújuló és hővisszanyerős

TH-1 Meglévő társasház, panel 10 emelet

95,0

68

110,0

86

62

Távhő és kollektor változatokkal

TH-2 Meglévő társasház, gangos

95,0

96

135,0

71

71

Csak kond. kazán változatok”

TH-3 Új építésű társasház

110,4

110

166,5

66

66

Csak szerkezeti felújítás*

Lakóépület átlag

128,8

95

69

51

1-2 Meglévő iskola, tégla

111,2

84

170,7

65

49

1-1 Meglévő iskola, panel

37,6

38

166,5

23

23

110,0

57

45

48

39

1-3 Új iskola, tégla

62,6

50

Iskola épületek átlag

70,5

57

IR-1 Meglévő iroda hőszigetelhető

85,1

78

132,0

64

59

IR-2 Meglévő iroda nem hőszigetelhető

107,9

105

132,0

82

79

133,0

63

63

70

67

IR-3 Új iroda, tégla

84,2

84

Irodaépületek átlag

92,4

89

Mindegyik hővisszanyerővel, megújuló változat is szerepel

Mindegyik hővisszanyerővel, megújuló változatok nélkül szerepel.

Forrás: magyar NZEB cselekvési terv [8.36]

273


A költségoptimum-számítások alapján a tanulmány javasolta, hogy a családi házak esetében 80, többszintes többlakásos épületek esetében pedig 70 kWh/m2/a értékekre enyhüljenek a műszaki megfontolások alapján javasolt követelményértékek. Ezek az értékek már hővisszanyerő berendezések nélkül is tarthatóak napkollektorokkal támogatott HMV vagy napelemek vagy faelgázosító kazán alkalmazásával. (Ezen értékeknél jobb is elérhető, de a tanulmány feltételezte, hogy csak egy megújuló berendezést alkalmaznak az épületben.) (Magyar NZEB cselekvési terv) [8.36] További követelményértékeket javasol a tanulmány az épületek lényeges felújításának esetére is, melyek összegezve az alábbiak (8.3. táblázat): 8.3. táblázat. A magyar NZEB cselekvési terv szerinti felújítások követelményértékei Lakóépületek

100 kWh/m2év

Oktatási épületek

85 kWh/m2év

Irodaépületek

120 kWh/m2év

Egyéb funkciójú épület

Egyedileg számított követelmény

A 7/2006. TNM rendelet tervezett módosítása szerint közel nulla energiaigényű épület, mely az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról szóló 176/2008. (VI. 30.) kormányrendelet szerinti költségoptimalizált szinten megvalósult vagy annál energiahatékonyabb épület, amelyben a primerenergiában kifejezett éves energiaigény legalább 25%-át olyan megújuló energiaforrásból biztosítják, amely jelentős részben az épületben keletkezik vagy az ingatlanról származik [8.5].

8.1.3. Egyéb NZEB-értelmezések, tudományos megközelítések Az Európai Bizottság megbízásából az Ecofys készített egy nagyobb lélegzetű tanulmányt 2012-ben (2013 februárjában jelent meg a végső jelentés: Hermelink et al., 2013) [8.26], ami útmutatásul kívánt szolgálni a tagállamok számára a direktíva szerinti NZEB-definíció értelmezésére vonatkozóan. Ezenfelül a tanulmány kifejezett célja, hogy az addig Bizottsághoz beérkezett nemzeti tervekre alapozva kidolgozzon egy nemzeti terv űrlapot, melynek alapján a későbbiekben könnyebb lesz feldolgozni a kapott információkat. E tanulmány hivatkozik egy korábbi Ecofys munkára is, melyben az NZEBdefiníció nehézségeit és követelményeit elemezték. Javaslatuk szerint az NZEBdefiníció lehetőség szerint tartalmazzon egy közel zéró szén-dioxid-kibocsátású épületre vonatkozó meghatározást is, hiszen kettős cél mind az épületek energiafelhasználásának, mind CO2-kibocsátásának csökkentése is. Az ún. lock-in hatások elkerülése érdekében továbbá fontos, hogy a definíció később kiterjeszthető legyen a pozitív energiamérlegű épületekre is. Emellett rugalmas definíció szükséges, ami figyelembe veszi a különböző klimatikus viszonyokat (amennyiben országon belül 274


léteznek ilyenek), a különböző épület típusokat és építési szokásokat, valamint a jelenlegi épületállomány állapotát. Javaslatként jelenik meg ebben a tanulmányban az ún. életciklus-felmérés igénye is (life-cycle assessment, LCA), ami egyéb tanulmányokban (lásd például Hernandez– Kenny, 2010) [8.27] is fontos szerepet kap. Ennek lényege, hogy az épület energiamérlegébe ne csak a felhasznált primerenergia-mennyiséget számítsuk bele, hanem az épület alkotóelemeinek gyártása, illetve azok lebontása során felhasznált energiamen�nyiséget is. Utóbbi, sokszor figyelembe nem vett energiaigény ugyanis egyre nagyobb szerepet kap, amint az épületek használata során keletkező energiaigény csökken. Fontos követelményként jelenik meg a tanulmányban, hogy az NZEB-standard felé vezető úton egymással egyensúlyban legyen az épületek energiahatékonyságának javulása, valamint a megújuló energiaforrások használata. Ennek érdekében szükség van mind az energiafelhasználásra vonatkozó maximum, mind a megújuló energiaforrások hasznosítására vonatkozó minimum érték (%) meghatározására. Csak az aktív berendezések által termelt energia számítson bele a megújuló részarányba, a passzív berendezések ezzel szemben csak az energiafelhasználás csökkenéseként legyenek elszámolhatóak. A tanulmány nagyban támaszkodott továbbá a Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) egyik programjának eredményeire („Towards Net Zero Energy Solar Buildings”) [8.40], mely 2013 szeptemberében zárult. Ennek alapján a (Net) ZEB egy olyan energiahatékony épület, mely helyben termel energiát saját fogyasztásra. Az IEA program fontos javaslata, hogy az épületek energiaigényének felmérésekor minden lehetséges energiafelhasználást számba kell venni, beleértve például a háztartási gépek energiafelhasználását is [8.26].

8.1.4. Egyes tagállamokban alkalmazott NZEB-stratégiák és szakpolitikai intézkedések; „best practices” 8.1.4.1. Németország – Energiekonzept 2010 Németországban a lakóépületek adják a végső energiafelhasználás 40%-át, valamint a szén-dioxid-kibocsátások egyharmadát. Az épületek 75%-a 1979 előtt (az első, hőszigetelésre vonatkozó szigorítást bevezető rendelet hatálybalépése előtt) épült. Emellett kiemelendő, hogy a háztartások energiafelhasználásuk közel 90%-át fűtésre és HMVelőállításra fordítják [8.6]. A német energiapolitika 2020-ig a primerenergia-igény 20%-os, 2050-ig pedig 50%-os csökkentését célozza meg. Ennek eléréséhez ambiciózus épületenergetikai célokat tűztek ki: az épületek fűtési energiaigénye 2020-ig 20%-kal, összesített primerenergia-igénye pedig 2050-ig 80%-kal csökkenne, ami egy közel klíma semleges épületállomány elérését célozza. A klímasemlegesség azt jelentené, hogy az épületeknek elenyésző lenne az energiaigénye, valamint hogy a még fennmaradó energiaigény nagy részben megújuló energiákból lenne fedezve. Ennek eléréséhez az éves felújítási arány 2%-ra való megduplázódására van szükség. 275


A célok elérésének kulcsa a németek szerint a meglévő épületek energetikai felújítása, hiszen ezek teszik ki a jelenlegi épületállomány döntő hányadát. Ennek ugyan jelentős a beruházási igénye, azonban hosszú távon költségmegtakarításhoz vezet. A német energiastratégia szerint a jelenlegi eszközök nem elegendőek e cél eléréséhez, ezért egy hosszú távra kidolgozott felújítási útitervre van szükség (ez jelen munkaanyag megírásakor még nem került elfogadásra), valamint tovább kell fejleszteni a meglévő támogatási eszközöket is. Célként tűzték ki a jelenlegi energiamegtakarítási rendelet (EnEV) 2012. évi felülvizsgálatát, melyben az új épületek számára meghatározzák az ún. klíma semleges épület primenergia-felhasználási értékeken alapuló szabványát. Erre épülne a 2020–2050 közötti időszakra útmutatást adó felújítási útiterv: lépcsőzetesen kellene elérni 2050-ig a 80%-os primenergia-igény csökkenést [8.8]. A meglévő épületek felújításakor mindenekelőtt az energetikailag legrosszabb helyzetben lévő épületekre kell hogy sor kerüljön. Az épülettulajdonosok választhatnak az épületek külső szerkezeti felújítása, a korszerűbb berendezések beépítése vagy a megújuló energiák alkalmazása között. Amennyiben a tulajdonos idő előtt vagy túlteljesíti az adott célértékeket, úgy állami támogatást nyerhet a felújításhoz. A német szövetségi kormány vállalta, hogy új, illetve meglévő épületei esetén példamutató szerepet fog vállalni az energiafelhasználás csökkentése terén [8.15]. A fenti épületenergetikai célok eléréséhez a németek hármas eszközrendszert alkalmaznak (német NZEB cselekvési terv) [8.36]: a) „Fordern” = követelni – jogszabályok: épületenergetikai előírások, megújuló energia-hasznosításra vonatkozó követelmények. b) „Fördern” = támogatni – pénzügyi ösztönzők. c) „Informieren – Marktkräfte stärken” = tájékoztatni, piaci ösztönzőket erősíteni – energetikai tanácsadás, energetikai tanúsítvány elterjesztése stb. Az 1970-es évek óta több lépcsőben szigorodtak az épületenergetikai előírások követelményértéke. Az épületekre vonatkozó német jogszabályi előírások két pillére az energiamegtakarítási rendelet (Energieeinsparverordnung, EnEV), valamint a megújuló hőtörvény (Erneuerbare Energien Wärmegesetz, EEWärmeG). A 2013. I. félévéig hatályos „EnEV 2009” elődje a 2007. évi rendelet, melyhez képest az új épületek megengedett éves primenergia-igényének felső határa átlagosan 30%-kal csökkent. Ezenfelül új épületek esetén 15%-kal jobb hőszigetelés szükséges, mint eddig. A megújuló hőtörvény (Erneuerbare Energien Wärmegesetz, EEWärmeG) 2008ban került elfogadásra, amelynek kifejezett célja, hogy a megújuló energiaforrások részaránya a fűtési és hűtési célú végső energiafogyasztáson belül 2020-ra elérje a 14%ot. (2011-es adatok szerint egyébként már 10% körüli szinten van ez az arány.) [8.20] A már meglévő épületek felújítását, az alacsony vagy közel nulla energiaigényű épületek építését, valamint a megújuló energiák épületekbe integrált alkalmazását számos ösztönző eszköz kívánja elősegíteni Németországban. Ezek két fajtája a beruházási támogatások és kedvezményes kamatozású hitellehetőségek, gyakran egymással kombinálható módon is (Marktanreizprogramm, KfW támogatási programok). 276


A Marktanreizprogramm (MAP) keretében összesen több mint 74 ezer beruházást támogatott a német állam az épületek fűtési/hűtési energiájának biztosítása érdekében használt megújuló berendezések telepítéséhez (termikus napenergia, biomassza és hőszivattyú), mely szám az előző évhez képest kb. a negyedével nőtt. Főként napkollektorok és biomasszakazánok részesültek támogatásban. Mindez 144 millió eurónyi beruházási támogatást jelentett 2012-ben [8.7]. A MAP második pillére a KfW Bankcsoport által nyújtott kedvezményes kamatozású hitelek. A KfW CO2-Épületfelújítási Program (KfW CO2-Gebäudesanierungs programm) keretében 2007 óta már nemcsak lakóépületek, hanem köz- és szociális épületek is államilag támogatott hitelhez juthatnak energiahatékony építkezésre/ energiahatékony épület vásárlására vagy már meglévő épületek energetikai szempontból történő felújítására [8.30]. A KfW kedvezményes hitelprogramok keretében 2001 és 2012 között összesen több mint 1 millió lakás került energetikai szempontból korszerűsítésre [8.7]. Németországban lakóépületekre vonatkozóan 2012 júniusa óta támogatják a helyben történő energetikai tanácsadást a támogatható költségek 50%-ával, de maximum 400 euróval. A támogatást a tanácsadó kapja, ezáltal a tanácsadás olcsóbb lesz az azt igénybe vevő számára, hiszen az energetikai tanácsadónak kötelessége a támogatást elszámolnia a szolgáltatás végösszegében. További bónuszt nyerhet el a tanácsadó, ha a lakóépület energetikai felújítása mellett tanácsot ad például a villamosenergia-felhasználás csökkentésének mikéntjére (+50 euró bónusz) [8.4]. A németek azt is felismerték továbbá, hogy az energiahatékonysági beruházások előtti akadályok sokszor nem finanszírozási gondokból fakadnak, hanem a lakosság információhiányából, a beruházási formák, a használható megújuló berendezések ismeretlenségéből erednek. Jelenleg 200 fogyasztói tanácsadó központ és 460 ún. kommunális tanácsadó állomás működik szerte az országban. Ezekben évente kb. 100 ezer magánfogyasztó részesült energetikai tanácsadásban, nemrégiben pedig a személyes tanácsadás mellett bevezették a telefonos és e-mailes tanácsadást is. A háztartások számára emellett rendelkezésre áll az ún. energetikai ellenőrzési program (EnergieCheck), mely – az állami támogatás megléte mellett nagyon alacsony önrésszel – magában foglalja a villamos energia, az épület és az abban található berendezések energiafelhasználásának átvilágítását is. (Német NZEB cselekvési terv) [8.36]

8.1.4.2. Dánia – Energistrategi 2050 A hosszú távú (2050-ig tartó időszakra szóló) dán energiastratégia végső célja, hogy Dánia teljes mértékben függetlenedjen a szén-, olaj- és földgázfelhasználástól, vagyis a dán gazdaság teljes kizöldítése. Emellett a végső energiafelhasználás – a 2008-ban kötött energetikai megállapodás értelmében – 2020-ig 4%-kal csökkenne a 2006. évi szinthez képest, az új épületek energiafelhasználása pedig mintegy 75%-kal. A célok eléréséhez az energiastratégia kimondja, hogy egyfelől szükség van a meglévő épületenergetikai előírások szigorítására, valamint a még olajalapú, valamint egyedi fűtésről áttérni a megújuló alapú fűtésre, illetve távfűtésre. Utóbbi elősegítése érdekében 2017-től tilos lenne nemcsak új, de már meglévő épületekben is az olajalapú 277


kWh/m2/a, 150 m2-es új házra számolva

kazánok beépítése, használata. A jelenleg földgáztüzeléssel működő kazánokat fokozatosan kell leváltani biogáz-tüzelésűekre [8.12]. A 2012-ben született új energetikai megállapodás szerint a 100% megújuló célt három eszközzel lehet elérni: energiahatékonyság növelése, az energiafelhasználás elektrifikálása, valamint a megújuló energiák elterjesztése. Éppen ezért a megállapodás még ambiciózusabb célokat tűzött ki az energiahatékonyság terén: 2020-ig 4 helyett 7,6%kal kell csökkenteni a végső energiafelhasználást, de most már a 2010. évi szinthez képest. A dokumentum szerint 2013-ban bemutatásra kerül egy átfogó stratégia a dán épületek utólagos hőszigetelésére vonatkozóan, ami az energiamegtakarítási célok elérése szempontjából kiemelten fontos. A megállapodás szerint 2013-tól tilos lesz új épületekbe olaj- vagy gáztüzelésű bojlert telepíteni, valamint már 2016-tól bevezetnék az olajtüzelésű bojlerek beépítésének tilalmát azon meglévő épületekben, ahol elérhető a távfűtés vagy a gázalapú fűtés. 42 millió dán koronát (több mint öt és fél millió eurót) csoportosítanának arra a célra, hogy a hagyományos tüzelésű bojlereket kiváltsák megújuló berendezésekkel (napkollektorokkal, hőszivattyúkkal stb.) [8.11]. Az új épületek energetikai követelményeit a dán építési törvény szabályozza. Az ebben foglalt, az épület primerenergia-felhasználására (fűtésre, hűtésre, szellőzésre, HMV-re, világításra) vonatkozó elvárások 1961 óta folyamatosan szigorodtak [8.17]. A 8.1. ábrából kitűnik, hogy 2010-ben egy 150 m2 fűtött/hűtött alapterületű családi háznak már csak maximum 63,5 kWh/m2 fajlagos éves primerenergia-felhasználása lehet. Jelenleg még opcionálisan választható két épületenergetikai kategória, de 2015től (Energy Class 2015) és 2020-tól (Energy Class 2020) már kötelező lesz betartani az ezekhez tartozó fajlagos primerenergia-felhasználási követelményértékeket. Ezenfelül létezik egy passzív ház kategória is, de ez továbbra is opcionális bruttó. 120 105 100 85 80 63,5 60 37

40

20

20 0

1990

2006

2010

2010 opcionális: Energy Class 2015

8.1. ábra. Dán épületenergetikai követelmények szigorodása, 1990–2020 Forrás: [8.16]

278

2010 opcionális: Energy Class 2020 (NZEB)


További épületenergetikai követelmény, hogy az egyes építészeti határoló elemek (pl. falak, ablakok, tetők stb.) jelentős felújításakor (amennyiben a határoló elemek több mint 25%-kát felújítják vagy kicserélik) az elemek hőnyeresége elérjen vagy meghaladjon egy bizonyos szintet (kWh/m2/év-ben mérve). Ezek az elvárások 2015-től szigorodni fognak [8.14]. Mindezek mellett az egyes hagyományos tüzelőberendezésekre (olaj vagy földgázbojlerek) is szigorú hatásfok követelmények vonatkoznak: az új olajtüzelésű berendezések energetikai hatásfoka el kell hogy érje a 91%-ot, az új gáztüzelésű kazánok pedig már csak kondenzációsak lehetnek [8.13]. Dániában már 2006 óta előírtak a villamosenergia-, földgáz- és olajszállító és -elosztó, valamint a távhőszolgáltató vállalatok számára energiamegtakarítási kötelezettségeket. Ezek a követelmények a 2012. márciusi energetikai megállapodás értelmében tovább szigorodtak: a 2010–2012. évi időszakhoz képest 2013-ban és 2014ben 75%-kal, azaz évente 10,7 PJ energiát kell megtakarítaniuk. A 2015–2020 közötti időszakban 100%-os lesz a szigorodás mértéke, vagyis 12,2 PJ/év megtakarítást kell majd elérni. Ez a közlekedésen kívüli végső energiafelhasználásnak mintegy 3%-át teszi ki. Az energetikai megállapodás kiemeli, hogy az energiamegtakarítási kötelezettség elsősorban a már meglévő épületeket célozza meg, vagyis a szolgáltatóknak itt kell elősegíteniük az energiahatékonysági beruházások megvalósulását. (Dán NZEB cselekvési terv) [8.36] A dán energiapolitika csak ritkán és rövid időre alkalmaz közvetlen támogatási eszközöket az energiahatékonyság növelése érdekében. A dánok 1977 óta előszeretettel alkalmazzák az energiahatékonyság ösztönzése érdekében a különböző adópolitikai eszközöket. Ezek ugyanis szerintük ahelyett, hogy piaci torzulásokat okoznának, mint a közvetlen támogatások, inkább feloldják azokat, hiszen ily módon a hagyományos energiahordozók árába beépülnek a felhasználásukkal okozott externális költségek is. Ezenfelül az adózási politika másik előnye, hogy a közvetlen kifizetésekkel szemben nem költségvetési terhet, hanem inkább bevételt jelentenek. Az energiaadózási rendszerek a jövedelemadózási rendszerektől a fogyasztási típusú adók felé történő elmozdulást jelentenek. Dániában az energiaadók mértéke folyamatosan növekedett az elmúlt időszakban, és mára a világ legmagasabb energiaadói között tartják számon.

8.1.4.3. Ausztria – Energiestrategie Österreich Az osztrák energiastratégia egyik alapvető célja, hogy csökkentse az épületek fűtési és hűtési energiaszükségletét, hiszen jelenleg a végső energiafelhasználás közel egyharmadát az épületek adják. Ennek érdekében 2020-ig évente 3%-os felújítási rátát kívánnak elérni a már meglévő épületállományra vonatkozóan (jelenleg 1%), és kiemelt szerepet kap az új épületek esetén a közel nulla energiafelhasználású követelményérték elérése. Az osztrák felfogás szerint az épület nemcsak hogy alacsony energiafelhasználású kellene hogy legyen, hanem az „épület, mint erőmű” koncepció alapján energiát is kell 279


hogy termeljen, amit aztán saját maga használna fel, illetve a fel nem használt energiát betáplálná a hálózatba. A célok elérésében a megújuló energiák hasznosításának is nagy szerepet szánnak az osztrákok. A napkollektor felület már jelenleg is számottevő, aminek növelésével csökkenthető az épület primer fűtési vagy akár hűtési igénye is. Továbbá fontos a távhőrendszerek további kiépítése és a kapcsolt termelés, hulladékhő hasznosítás ösztönzése is. Az épületek végső energiafelhasználását ily módon 10%-kal, 303 PJ-ra kívánják csökkenteni 2020-ig, a 2005. évi felhasználáshoz képest. A célok eléréséhez szükséges intézkedések közül kiemelendő az építési engedélyek kiadásának előfeltételeként megszabott szigorú primerenergia-felhasználásra és CO2-kibocsátásra vonatkozó határértékek bevezetése. A stratégia a megújuló energiák fűtésen belüli részarányának növelése érdekében továbbá javasolja a kötelező megújuló részarány előírását, amit fokozatosan kell növelni, és végül egy primerenergia- és CO2-határértékkel szükséges felváltani. Kérdésként veti fel a dokumentum azt is, hogy érdemes lehet-e a lakó- és kereskedelmi épületek esetén termikus napenergia-alapú HMV-előállítást, valamint lakóépületekre vonatkozóan részben termikus fűtést előírni, amennyiben megfelelő hely áll rendelkezésre a napkollektorok beépítésére. Az energiapolitika nagy lehetőséget lát az adóügyi ösztönző eszközök területén is: a már meglévő lakó- és kereskedelmi épületek felújítása esetén ugyanis nagyobb hatása lehet annak, ha a közvetlen beruházási támogatásokat jövedelem-adóalap csökkentési lehetőségekkel, vagy ennek alternatívájaként adó-visszatérítéssel egészítjük ki. A megújuló energiák használatának ösztönzését az éves támogatási keret növelésével (évente mintegy 150 millió euróval) kívánja elérni a stratégia. Csak olyan ipari berendezéseket célszerű támogatni, amelyek energiaátalakítási hatásfoka eléri vagy meghaladja a 70%-ot. Amennyiben lehetőség van nagy hatékonyságú kapcsolt energia vagy hulladékhő, valamint biomassza-alapú távhő hasznosítására, úgy egyedi fűtőberendezés beépítésére támogatás nyújtása nem szükséges. Emellett figyelembe kell venni, hogy az épület hőszigetelése nélkül a megújuló fűtőberendezésre történő áttérés nem gazdaságos, ezért a kettőt párhuzamosan szükséges ösztönözni. A termikus napenergiát tekintve az osztrák energiastratégia célja, hogy 2020-ra a lakó- és kereskedelmi épületekben az alacsony hőmérsékletű hőigények minimum 10%-át fedezze. Ezt olyan szabályozói eszközök révén lehet biztosítani, mint az új épületekre vonatkozó kötelező termikus napkollektor felszerelés követelményének bevezetése. A biomassza-alapú fűtőberendezések esetén a támogatás csak akkor legyen elnyerhető, ha a berendezés energiaátalakítási tényező eléri vagy meghaladja a 85%-ot [8.40]. Az osztrák cselekvési terv 2020-ig négy lépésben kívánja szigorítani az épületenergetikai követelményértékeket, mind az új építésű épületekre, mind a már meglévő épületek mélyfelújítására vonatkozóan. A tervezett célszámok az alábbiak (8.4. táblázat): 280

8.1. EU-követelmények – irányelvek: Directives – a közel zéró (NZEB) energiaigényű… 8.4. táblázat. Az osztrák NZEB cselekvési terv célszámai Maximális fajlagos éves primer fűtési hőigény (kWh/m2a)

Éves fajlagos primerenergia-igény (kWh/m2a) Új épületekre 190 16 × (1+3,0/lc) 180 14 × (1+3,0/lc) 170 12 × (1+3,0/lc) 160 10 × (1+3,0/lc) Már meglévő épületek mélyfelújítása esetén 230 23 × (1+2,5/lc) 220 21 × (1+2,5/lc) 210 19 × (1+2,5/lc) 200 17 × (1+2,5/lc)

Év

2014 2016 2018 2020 2014 2016 2018 2020

Fajlagos éves CO2-kibocsátás (kg/m2a) 30 28 26 24 38 36 34 32

Forrás: osztrák NZEB cselekvési terv [8.36] Megjegyzés: lc az épület geometriáját kifejező mutatószám („charakteristische Länge”)

Jelenleg az épületenergetikai követelményértékeket minden szövetségi állam külön szabályozza, tehát nem léteznek egységes, Ausztria szintű követelményértékek. Megjegyzendő azonban, hogy a szövetségi állami szintű szabályozásnak meg kell felelnie bizonyos harmonizált követelményértékeknek, melyeket az Osztrák Épülettechnikai Intézet (Österreichisches Institut für Bautechnik, OIB) bocsát ki. A jelenleg hatályos hatodik, az épületek energiamegtakarítására és szigetelésére vonatkozó OIB irányelv 2011-ben került elfogadásra, a szövetségi államok viszont saját belátásuk szerinti határidővel ültetik át ezeket az állami szintű szabályozásba [8.39]. A 2011. évi irányelv újítása a 2007. évihez képest, hogy szigorúbb épületenergetikai követelmények alkalmazását írja elő. A lakóépületek esetén például az alábbiak szerint változtak az éves primer hőigényre vonatkozó fajlagos (a fűtőtt bruttó alapterületre vetített) követelményértékek (ezeket nem lehet meghaladni). Emellett épületenergetikai támogatások elnyeréséhez meg kell felelni bizonyos, a fűtési primerenergia-igényre vonatkoztatott követelményértékeknek, a szövetségi államok és a szövetségi kormányzat közötti megállapodás értelmében [8.24]. Ebben az esetben a felület/térfogat arány (A/V) a követelményérték változója (a megadott két érték közötti követelményértékek lineáris interpolációval határozhatóak meg) – lásd 8.5. táblázat. 8.5. táblázat. Osztrák követelményértékek az épületenergetikai támogatások elnyeréséhez Érvényesség

Ha A/V ≥ 0,8 Ha A/V ≤ 0,2 Új lakóépületekre vonatkozóan (kWh/m2a) 2009 végéig 65 35 2010. január 1-jétől 45 25 2012. január 1-jétől 36 20 Már meglévő lakóépületek mélyfelújítása esetén (kWh/m2a) 2009 végéig 80 43 2010. január 1-jétől

75

35

Forrás: [8.24]

281


Mind nemzeti, mind szövetségi állami szinten léteznek beruházási támogatások, illetve kedvezményes hitelek már meglévő épületek energetikai felújítására, alternatív fűtési rendszerekre történő átállásra, valamint új épületek követelményértéket meghaladó energetikai szinten történő építésére. Ausztriában elterjedt megoldás az energiahatékonysági projektek finanszírozására az ún. ESCO modell, melynek lényege, hogy egy külső szolgáltató (ún. Contractor) szerződik az épület tulajdonosával vagy használójával, és bizonyos intézkedéseket hajt végre a célból, hogy az épületnek („Einspar-Contracting”) vagy az épület adott berendezésének („Anlagen-Contracting”) energiahatékonysága javuljon. A külső szolgáltató cég (ESCO) tervezi meg, hajtja végre és finanszírozza az adott beruházást, melynek költségeit a felhasználó állja a beruházás révén realizált megtakarításokból. ESCO lehet erre specializálódott vállalat, energiaszolgáltató cég, berendezés- és alkatrészgyártó vállalat stb. Az ESCO-szerződést általában 7–15 évre kötik, ami alatt az adott energiahatékonysági beruházás meg kell hogy térüljön. 2008. január óta az új építésű épületekre vonatkozóan, 2009. januártól pedig a már meglévő épületek és lakások eladása, valamint bérbe adása esetén kötelező az energiatanúsítvány elkészítése és bemutatása. Az energiatanúsítási rendszer bevezetésének célja, hogy növekedjen a kereslet az alacsony energiafelhasználású épületek iránt, ami ösztönözné az épületek hőszigetelését is [8.40].

8.2. Magyarországi helyzet 8.2.1. Stratégiai célok 8.2.1.1. Nemzeti Energiastratégia 2030 (2050) A 2011 őszén elfogadott Nemzeti Energiastratégia szerint az energiahatékonyság javításának kiemelt részét képezik az épületenergetikai fejlesztések. Ma a Magyarországon felhasznált összes energia 40%-át épületeinkben használjuk el, amelynek mintegy kétharmada fűtés-hűtés. A megközelítőleg 4,3 millió lakást kitevő állomány 70%-a nem felel meg a korszerű funkcionális műszaki, illetve hőtechnikai követelményeknek, az arány a középületek esetében is hasonló. Az elmúlt évek során végrehajtott lakossági energiahatékonysági programoknak köszönhetően a helyzet javuló tendenciát mutat, de ma még egy azonos alapterületű budapesti lakás fűtési energiafelhasználása duplája egy hasonló bécsi lakásénak. Ezért a meglévő épületállomány – különös tekintettel a középületekre – felújítása prioritás. Az Energiastratégia célja az épületállomány fűtési energiaigényének 30%-kal való csökkentése 2030-ra az uniós célokkal összhangban lévő épületenergetikai programok segítségével. Ezáltal a hazai primerenergia-igény több mint 10%-kal lesz csökkenthető. A Nemzeti Energiastratégia szerint a konkrét célok felvázolásához Nemzeti Energiahatékonysági Cselekvési Terv és Nemzeti Épületenergetikai Stratégia kidolgozására van szükség [8.34]. 282

8.2. Magyarországi helyzet

A háztartások energiafelhasználásának közelítőleg 80%-a hőcélú felhasználás (fűtés, használati meleg víz, illetve főzés), amely nagyrészt vezetékes földgázzal üzemelő egyéni fűtőkészülékekkel, tűzifahasználaton, illetve közösségi távhőrendszereken keresztül kerül kielégítésre. Az Energiastratégia szerint ezen a helyzeten jelentősen javíthatna egy hatékony és sok háztartásra kiterjedő, energiatakarékosságot célzó épületszigetelési és hatékonyságjavítási program, kiegészítve a megújuló forrásokra való áttérés kellő ösztönzésével. A jelenlegi finanszírozási és technológiai gyakorlat mellett az épületenergetikai felújítási programok sokszor csak 10–40%-os energiamegtakarítást eredményeznek, a ma elérhető 85%-kal szemben. Ezek a jelenlegi szuboptimális felújítások „bezárhatják” Magyarországot egy még mindig magas energiafelhasználású és CO2-kibocsátású pályára. A referencia-forgatókönyv alapján 2030-ra a lakossági és tercier hőfelhasználás mintegy 32%-a lenne megújuló alapú, a földgázalapú hőfelhasználás részaránya pedig egyre csökkenne (8.2. ábra). 350

Megújuló energia Távhő Egyéb Földgáz

Hőenergia termelés, (PJ)

300 12% 250 200

12% 4%

10% 4%

150 100

24%

72%

10% 3%

62% 55%

50 0

32%

2010

2020

2030

8.2. ábra. A lakossági és tercier hőfelhasználás fűtési mód szerinti megoszlásának előrejelzett alakulása Forrás: [8.34]

Az Energiastratégia kiemeli, hogy az energiahatékonyság területén az államnak elől kell járnia, azaz szükségesnek tartja a közszférában is épületenergetikai programok kivitelezését és a smart building, smart grid megoldások kipróbálását, elterjesztését, valamint a tapasztalatok minél szélesebb körű megosztását.

8.2.1.2. II. Nemzeti Energiahatékonysági Cselekvési Terv (NEHCsT) (2016) 2011-ben a II. Energiahatékonysági Cselekvési Terv is megjelent, melynek fő célja, hogy a 2008–2016 közötti időszakban az EU emisszió-kereskedelmi rendszerének hatálya alá nem tartozó ágazatok és iparágak végső energiafelhasználását évi legalább 1%-kal, azaz 2016-ig 57,4 PJ/év mértékben kell csökkenteni. Ebből a lakosságnak 283


21 PJ/év, a közintézményeknek pedig 14,75 PJ/év megtakarítást kell elérniük. 2010ig összességében még csak 12,25 PJ/évet takarítottunk meg, ezért az elkövetkezendő időszakban jelentős erőfeszítésekre lesz szükség [8.28]. A NEHCsT szerint az épületenergetikai előírásokat fokozatosan szigorítani kell, meg kell határozni a háztartási kazánok minimális energiahatékonysági követelményeit, valamint időszakosan kötelező felülvizsgálatukat kell bevezetni. A háztartási világítástechnikában a kompakt fénycsöveket kell elterjeszteni. A már meglévők mellett további épületfelújítási programokat kell indítani. Szükség van továbbá arra is, hogy a lakóépületekre vonatkozóan épületenergiastatisztikai adatbázis készüljön, megbízható és reprezentatív mintavétel alapján. Erre egyrészt azért van szükség, hogy felmérjük az épületek jelenlegi energetikai helyzetét, másrészt a későbbiekben mérni tudjuk a NEHCsT intézkedéseinek valós hatásait. Fontos továbbá az is, hogy a középületek energiafogyasztásáról is megbízható információk álljanak rendelkezésre annak érdekében, hogy a legkisebb költség elvét figyelembe vevő közintézmény korszerűsítési program kerüljön kialakításra. A NEHCsT szerint szükséges lenne több éves koncepciókat kidolgozni az épületek energiatakarékos felújítására és az energiatakarékos új épületek építésére vonatkozóan. Ezt egy Épületenergetikai Stratégia keretében kell kidolgozni. A Cselekvési Terv célkitűzéseket fogalmaz meg a közel nulla energiaigényű épületek vonatkozásában is. 2015-re elsősorban az új középületek és az új bérbeadásra szánt lakóépületek esetében célszerű a dokumentum szerint lényeges növekedési célt kitűzni az NZEB-ek építésére. Az Energiastratégiában megfogalmazottakhoz hasonlóan a NEHCsT szerint 2015 és 2020 között várhatóan számottevően nő az alacsony energiaigényű épületek építésének igénye, amelyek éves száma 100–1000 darab közé tehető az évtized közepén. A 2011–2020 közötti időszakra javasolt szakpolitikai célértékek az alábbiak: ◆ a beruházások átlagos energiamegtakarításának mértéke legyen legalább 60%os, komplex felújítások ösztönzésével (épülethatároló szerkezetek, energetikai rendszerek és gépészeti berendezések energetikai korszerűsítése, megújuló energiaforrásokkal előállított hőenergia, vagy villamosenergia-termelő kapacitások létesítése); ◆ új építésű épületek esetében a támogatás célja az előírásoknál energetikailag hatékonyabb építés ösztönzése, melynek célértéke 25 kWh/m2/év. A NEHCsT kiemeli továbbá az állami és közszektor példamutató szerepét, valamint az információ-hozzáférhetőség biztosítását is. A Cselekvési Terv szerint el kell terjeszteni a zöld szempontú közbeszerzést, valamint célként tűzi ki az energiahatékonysági tanácsadói hálózat kiépítését is. Utóbbi egy kibővített tevékenységű nemzeti energiaügynökségből, az irányítása alatt álló megyei energetikusok, illetve a későbbiekben a városi és kistérségi energetikusok hálózatából áll majd. Ezáltal biztosítva lenne az energetikai beruházásokhoz kapcsolódó információ-szolgáltatás, tanácsadás és tudatformálás a lakosság, az önkormányzatok és a gazdasági szféra irányába [8.28]. 284


8.2.1.3. Nemzeti Épületenergetikai Stratégia (NÉeS) Jelenleg elfogadás alatt áll a Nemzeti Épületenergetikai Stratégia (NÉeS), amelyet a NEHCsT alapján kell elkészíteni. A háttérmunkák 2012-ben kezdődtek meg, és mára átfogóan felmérésre került a hazai épületállomány jelentős része. Típusépületek kerültek meghatározásra, mind a lakóépületek, mind a középületek (önkormányzati és állami) vonatkozásában. A lakóépületek energetikai állapotát egyrészt országos energiastatisztikai adatok alapján (KSH lakóépület-nyilvántartás), számításos módszerrel határozták meg. Kiderült, hogy Magyarországon több mint 4 millió lakóépület van, melyek közül a legtöbb (2,5 millió) családi ház (8.3. ábra). Ezek nagy része 1945–1979 között épült. Ezek után minőségi szűrés után összesen 2230 épület energetikai adatait vizsgálták meg, részben a Zöld Beruházási Rendszer, a KEOP, valamint a VÁTI által gyűjtött tanúsítások, részben pedig saját felmérések alapján. Összesen több mint 20 ezer épület esetén vizsgálták a felújítottsági arányt is. Ennek alapján például kiderült, hogy a hőszigetelt családi házak aránya a vizsgált mintán belül 5–30%-ra tehető, míg 1980 előtt épült családi házak esetén ez az arány kevesebb mint 16% [8.37]. 3 000 000 2 500 000

épületek száma

2 527 151 2 527 151

lakások száma 2 000 000 1 500 000 925 516

1 00 000

703 014

500 000 84 825 0

Családi ház

Hagyományos társasház

31 712 Iparosított társasház

8.3. ábra. A hazai épületállomány megoszlása Forrás: [8.37]

A középületek esetén KSH- és ÉMI-adatbázis alapján történt vizsgálat, melynek alapján kiderült, hogy közel 40 ezer állami, illetve önkormányzati tulajdonú középület van ma hazánkban (főként oktatási, kulturális, egészségügyi és szociális intézmények épületei, de vannak irodaépületek és kereskedelmi épületek is). Jelenleg azonban csak az oktatási, illetve az irodaépületekre vonatkozóan vannak konkrét épületenergetikai elvárások. A középületek számított primerenergia-felhasználása (az építés óta megtörtént esetleges felújításokat figyelembe nem véve) átlagosan 200 kWh/m2/év, de az egészségügyi intézmények (pl. kórházak) esetében még ennél is rosszabb, átlagosan 250–300 kWh/m2/év körülire tehető. 285


Az épületek adatai alapján 15 lakóépület-típust, illetve 21 középület-típust (épület modellt) állítottak fel, melyek mindegyikére vonatkozóan háromféle felújítási változat is készült (8.6. táblázat), költségmodellezéssel egybekötve. Az első felújítási csomag a jelenleg hatályos 7/2006. TNM rendelet követelményértékei alapján, a második az 1246/2013., költségoptimalizált szint eléréséről szóló kormányhatározat, a harmadik pedig a jelenleg még csak társadalmi egyeztetésre bocsátott, 2019-től, illetve 2021-től közel zéró energiafelhasználást előíró BM rendelet tervezet alapján készült. Az összes beruházási költség, valamint az összes, beruházással elérhető megtakarítás hányadosaként adódott a beruházás megtérülési ideje, mely a legjobb esetben is 8,8 év (a 2015. évi szintnek megfelelő követelményérték mellett). 8.6. táblázat. Modell-felújítások hatása Primerenergiafelhasználás (kWh/m2/a)

TNM rendeletnek megfelelő felújítás után

Költségoptimalizált szintnek megfelelő felújítás után

Közel nulla követelményeknek megfelelő felújítás után

1. típus

551

230

140

100

2. típus

408

217

128

100

3. típus

517

221

139

100

405

178

135

100

336

167

109

86

227

174

114

92

173

értelmetlen

123

91

312

125

111

92

125

értelmetlen

99

82

10. típus

344

134

99

95

11. típus

299

103

95

67

244

106

85

78

218

94

84

74

200

89

80

77

100

értelmetlen

80

72

4. típus

Családi ház

5. típus 6. típus 7. típus 8. típus 9. típus

12. típus 13. típus 14. típus

Családi vagy sorház (1–3 lakás) Társasház 4–9 lakással

Társasház 10 vagy több lakással

15. típus Forrás: [8.21]

A felmérés keretében szociológiai kutatás is készült, melyből egyrészt kiderült, hogy csak kevés komplex (mély)felújítás valósult meg, általában csak részleges (kizárólag nyílászárócsere vagy kizárólag épületszigetelés) felújítások történtek, amiken belül kevés a megújuló berendezések beépítésének aránya. Ezenfelül az energiaszegénység jelenlétét mutatja hazánkban, hogy sokan csak azokat a helyiségeket fűtik a lakásban, melyekben ténylegesen tartózkodnak, és egy vagy néhány szobát fűtetlenül hagynak (ún. „tiszta szoba effektus”). 286


2013 közepén az Építésügyi, Minőségellenőrző Innovációs Nonprofit Kft. (ÉMI), a Nemzeti Fejlesztési Minisztérium (NFM) és a Magyar Nemzeti Vagyonkezelő (MNV) Zrt. közös gondozásában elkezdődött az épületenergetikai nyilvántartó rendszer adatbázisának kiépítése. Létrejött egy webes feltöltőfelület, melyre a központi kormányzati intézmények folyamatosan töltik fel a kért adatokat. A uniós energiahatékonysági direktíva szerint egyébként 2013. végéig kell létrehozni a nemzeti épületenergetikai katasztert, melyhez tehát a hazai előkészületek megtörténtek. A NÉeS keretében tízféle, épületenergetikai célokat meghatározó forgatókönyv került kialakításra, melyek közül végül egy lett figyelembe véve. A Stratégia bemutató rendezvényén például elhangzott, hogy családi házak esetén kb. 17 PJ, panel társasházak esetén pedig kb. 12 PJ ez az energiafelhasználás csökkentési célérték 2020-ra. A célok eléréséhez különböző pénzügyi eszközöket és intézkedési programokat is rendeltek a 2014–2020 közötti időszakra vonatkozóan. Az ún. Zöld Finanszírozási Rendszer keretében egyrészt uniós támogatásokból (KEHOP, GINOP, TOP, VEKOP1 operatív programokból, vissza nem, illetve visszatérítendő), szén-dioxid-kibocsátási kvótabevételekből lehetne finanszírozni az épületenergetikai beruházásokat, valamint az energiahatékonysági irányelv alapján felállítandó kötelezettségi rendszer keretében az energiaszolgáltatók is beruházásokat eszközölnének fogyasztóiknál az évi 1,5%os energiamegtakarítás előírásának való megfelelés érdekében. Épületfelújítási és újlakás-építési programok indulnának, korszerűsítésre kerülnének a távhőrendszerek, energiagazdálkodási rendszereket vezetnének be. Ezenfelül ipari energiahatékonysági program, fiskális szabályozás, valamint szemléletformáló intézkedések is segítenék a célok elérését. A NÉeS alapján Nemzeti Épületenergetikai Cselekvési Tervet kell majd kidolgozni, mely a célok eléréséhez szükséges eszközöket fogja részletesebben meghatározni [8.37].

8.2.2. Jelenlegi helyzet Az előbbiekben a stratégiák kifejtése kapcsán már részben bemutatásra került a hazai épületállomány jelenlegi energetikai helyzete. A magyar háztartások végső energiafelhasználását vizsgálva megállapítható, hogy az elmúlt évtized közepéig tartó, némileg növekvő trend a válság hatására egy időre megfordult. Ez a lakossági földgázfelhasználás alakulására is igaz, míg a villamosenergiaés szénfelhasználás közel ugyanazon a szinten stagnált. Ezzel ellentétben a lakossági tűzifa-felhasználás növekvő trendet mutat [8.31]. A megújuló energiák részaránya a teljes bruttó végső fűtési célú energiafelhasználáson belül a 2004. évi 6,51%-ról 2011-re 12,28%-ra nőtt (a 2020-ra kitűzött részaránycél 18,9%). Az alábbi ábrán (8.4. ábra) jól látható azonban, hogy ennek túlnyomó része bio1

KEHOP: Környezeti és Energetikai Hatékonysági Operatív Program – lakosság, központi költségvetési szervek, nonprofit szektor GINOP: Gazdaságfejlesztési és Innovációs Operatív Program – kkv-k, K+F+I finanszírozása TOP: Terület- és Településfejlesztési Operatív Program VEKOP: Versenyképes Közép-magyarország Operatív Program – önkormányzatok

287


2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 20 000

25 000

Biomassza

Biogáz

30 000

35 000

Geotermikus energia

40 000

TJ Napenergia

45 000

50 000

Kommunális hulladék megújuló része

8.4. ábra. A hazai megújuló alapú végső energiafelhasználás alakulása megújulóenergiaforrás-típusonkénti megoszlásban, 2004–2011 Forrás: [8.31] Lettország Finnország Észtország Lengyelország Csehország Románia Németország Szlovénia Ausztria Magyarország Litvánia Dánia Franciaország Egyesült Királyság EU-átlag Szlovákia Svédország Írország Hollandia Olaszország Görögország Horvátország Bulgária Spanyolország

183 170 164 162 160 157 157 149 144 141 134 133 128 120 119 116 110 102 100 98 98

48 0

20

40

60

80

205 201

120 100 kWh/m2/év

140

160

180

8.5. ábra. Az unió tagállamainak fajlagos primer fűtési energiafelhasználása 2010-ben (éghajlati eltérésekkel korrigált értékek) Forrás: [8.38]

288

200


massza, azon belül is tűzifa felhasználás, kisebb része pedig főként geotermikus energia (távfűtés). A napenergia fűtési célú hasznosítása (napkollektor révén) elenyésző mértékű. Európai összehasonlításban a magyar háztartások fajlagos primer fűtési energiafelhasználása tekintetében (az éghajlati eltérések korrigálásával) ugyan meghaladjuk az uniós átlagot (149 kWh/m2/év 128 helyett), de vannak olyan, főként északi országok, például Észtország, Finnország vagy Lettország, melyek háztartásai fajlagosan még a klimatikus korrekcióval is több energiát fordítanak fűtésre, mint hazánk. Térségünkben a lengyelek, csehek, románok, de a szlovének is több fűtési célú energiát használnak, mint a magyarok. Régiónkból a legjobban a bolgárok és a szlovákok állnak (mindkét ország háztartásai az EU-átlag alatt használnak egy négyzetméterre vetítve fűtési energiát), a legkevesebb energiát Spanyolország fordítja fűtésre. (8.5. ábra)

8.2.3. Jogszabályi környezet: épületenergetikai előírások, készülő NZEB-szabályozás 8.2.3.1. 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról A rendelet szerint épületet úgy kell tervezni, kialakítani és megépíteni, hogy annak energetikai jellemzői megfeleljenek bizonyos energetikai követelményértékeknek. Kiemeljük ezek közül az összesített energetikai jellemzőre vonatkozó követelményeket (lásd vonatkozó rendelet 1. mellékletének III. része) [8.1]. Ezek számértéke az épület rendeltetésétől (lakó- és szállásjellegű épületek, irodaépületek, oktatási épületek), valamint a felület/térfogat aránytól (A/V) függ. Az épületek összesített energetikai jellemzőjének számértéke nem haladhatja meg az alábbi számítási összefüggéssel megadott értékeket (8.7. táblázat): 8.7. táblázat. A hazai épületenergetikai előírások által meghatározott összesített energetikai jellemzők legnagyobb értéke a felület/térfogat arány nagyságától és az épület rendeltetésétől függően

Összefüggés

Összesített energetikai jellemző megengedett legnagyobb értéke (kWh/m2/a) Lakó- és szállásjellegű épületek

Irodaépületek

Oktatási épületek

A/V ≤ 0,3

110

132

90

0,3 ≤ A/V ≤ 1,3

120*(A/V)+74

128*(A/V)+93,6

164*(A/V)+40,8

A/V ≥ 1,3

230

260

254

Forrás: [8.1]

Új épületek építése vagy meglévő épületek jelentős felújítása (azaz a határoló szerkezetek összes felületének legalább 25%-át érintő felújítás) esetén a tervezési programban és az építészeti-műszaki dokumentációban vizsgálni és rögzíteni kell műszaki, környezetvédelmi és gazdasági szempontból az alternatív rendszerek alkalmazásának 289


lehetőségét. Tehát vizsgálni kell, hogy megújuló energiaforrásokon alapuló decentralizált energiaellátási rendszer, kapcsolt energiatermelés, táv- vagy tömbfűtés és -hűtés vagy hőszivattyús rendszer alkalmazható-e. A rendelet alapján először műszaki-környezeti szempontból kell megvizsgálni az alternatív energiaellátás célszerűségét, ami akkor áll fenn, ha a vizsgált alternatív energiaellátási megoldás(ok) alkalmazása esetén az épület fajlagos primerenergia-igénye kisebb, mint az ugyanazon geometriájú és azonos határoló és nyílászáró szerkezetekkel, a rendelet szerint meghatározott minta épületgépészeti rendszerrel kialakított épület fajlagos primerenergia-igénye. Ha ennek alapján célszerűnek minősül az alkalmazás, akkor annak gazdaságossági célszerűségét szükséges megvizsgálni, amit a megtérülési idő alapján kell megítélni. Az alternatív energiaellátás gazdaságossági szempontból célszerűnek minősítendő, ha a számított megtérülési idő tíz éven belül van. A gazdaságossági szempontok mellett a rendelet ajánlja az ellátás biztonságának szempontjait is mérlegelni. Meglévő épület energiamegtakarítási célú felújításakor az építési-szerelési munkával érintett épületelemeknek meg kell felelniük az új épületekre meghatározott hőátbocsátási tényező és épületgépészeti rendszerre vonatkozó követelményértékeknek. Ugyanez érvényes azon új határoló szerkezetekre is, melyek meglévő épület bővítésekor jöttek létre, és a bővítés mértéke nem haladja meg a bővítendő épület hasznos alapterületének 100%-át (ha ennél nagyobb mértékű a bővítés, akkor minden, új épületekre vonatkozó követelményérték alkalmazandó).

8.2.3.2. 176/2008. (VI. 30.) Korm. rendelet az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról 2009. január 1-jétől új épület építése, meglévő épület vagy önálló rendeltetési egység2 ellenérték fejében történő tulajdonátruházása, meglévő épület bérbeadása vagy 500 m2-nél nagyobb hasznos alapterületű, hatósági rendeltetésű, állami tulajdonú közhasznú épület esetén kötelező tanúsítani az épületek energetikai jellemzőit (önálló rendeltetési egység bérbeadása esetén csak a 2015. december 31-ét követően kötött bérleti szerződéshez kell tanúsítványt kiállítani) [8.2]. Az energetikai tanúsítványt alátámasztó számítást az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet alapján kell elkészíteni. Az épület vagy önálló rendeltetési egység értékesítésre vagy bérbeadásra való kínálásakor a reklámban fel kell tüntetni az épület vagy önálló rendeltetési egység energetikai minőség szerinti besorolását, amennyiben a tanúsítvány rendelkezésre áll. Az 500 m2-nél nagyobb hasznos alapterületű, hatósági rendeltetésű, állami tulajdonú közhasznú épület, valamint a tanúsítvánnyal rendelkező, 500 m2-nél nagyobb hasznos alapterületű közhasználatú, kereskedelmi, szolgáltató és raktár-, közösségi szórakoztató vagy kulturális rendeltetésű épület esetében az épület közönség számára nyitva álló helyiségének jól látható helyére ki kell függeszteni az energetikai tanúsítványt. A kifüggesztett tanúsítvány mellett feltüntethető a megújuló energiafelhasználás is. 2

Önálló rendeltetési egység: meghatározott rendeltetés céljára önmagában alkalmas helyiség vagy helyiségcsoport, amelynek a szabadból vagy az épületen belül közlekedőből nyíló önálló bejárata van.

290


A rendelet szerint fontos, hogy a tanúsítvány javaslatot tartalmazzon az épület vagy önálló rendeltetési egység energiahatékonyságának költségoptimalizált szintjére vagy költséghatékony növelésére vonatkozóan. A tanúsítvány tíz évig hatályos. Ha a tanúsítvány hatálya alatt az épületre irányadó jogszabályban meghatározott követelményérték megváltozik, akkor az épület energetikai minőségi osztályba sorolását ismételten el kell végezni, amennyiben a tanúsítvány hatálya alatt eladás vagy bérbeadás történik. A rendelet szerint tanúsítási szolgáltatást folytathat a települési önkormányzat, az energiaszolgáltató szervezet (egyetemes villamos energia vagy földgáz szolgáltató, távhőszolgáltató) vagy más gazdálkodó szervezet, külföldi vállalkozás magyarországi fióktelepe. Az energetikai minőséget minden esetben a vizsgált épület, illetve önálló rendeltetési egység összesített energetikai mutatójának és a vizsgált épület geometriai méreteivel és rendeltetésével azonos, a minimumkövetelményeknek éppen megfelelő, viszonyítási alapként szolgáló épület, illetve önálló rendeltetési egység összesített energetikai mutatójának százalékos arányával kell jellemezni. Ennek alapján az energetikai minősítési osztályok az alábbiak (8.8. táblázat): 8.8. táblázat. A hazai szabályozás szerinti épületenergetikai minősítési osztályok (a viszonyítási alapként szolgáló épület összesített energetikai mutatójának százalékában) Betűjel

Százalékban kifejezett arány

A+

<55

Szöveges jellemzés

A

56–75

Energiatakarékos

B

76–95

Követelménynél jobb

Fokozottan energiatakarékos

C

96–100

Követelménynek megfelelő

D

101–120

Követelményt megközelítő

E

121–150

Átlagosnál jobb

F

151–190

Átlagos Átlagost megközelítő

G

191–250

H

251–340

I

341<

Gyenge Rossz

Forrás: [8.2]

8.2.3.3. A 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet módosítása: tervezet A kormány honlapján 2013 októberében volt véleményezhető az a BM rendelet tervezet, mely jelentősen szigorítaná a jelenlegi épületenergetikai követelményértékeket [8.5]. A rendelettervezet továbbá meghatározná a közel nulla energiaigényű épületek fogalmát is, mely az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról szóló kormányrendelet szerinti költségoptimalizált szinten megvalósult vagy annál energiahatékonyabb épület, amelyben a primerenergiában kifejezett éves energiaigény legalább 25%-át olyan megújuló energiaforrásból biztosítják, amely jelentős részben az épületben keletkezik vagy az ingatlanról származik. 291


Amennyiben a fenti költséghatékonysági számítás alapján a beruházás az épület várható élettartama alatt megtérül, a hatóságok használatára szánt vagy tulajdonukban levő új épületeket 2019-től, egyéb épületek esetén 2021-től közel nulla energiaigényű épületként kell kialakítani. Ez az előírás megfelelne az EPBD Recast direktíva előírásainak [8.19]. A tervezet melléklete jelentősen szigorítja az épületszerkezetek hőátbocsátási tényező követelményértékeit. Jelenleg a határoló falakra 0,45 a maximális hőátbocsátási tényező érték, a módosítás ezt gyakorlatilag a felére, 0,24-re mérsékelné. Ez azt jelentené, hogy a legjobb üreges kerámia falazóelemből is csak ráragasztott hőszigeteléssel építhető külső fal. A tetőtéri szerkezetnél ez a szám jelenleg 0,25, ami 0,17-re csökkenne, tehát vastagítani kellene a tetőtéri határoló szerkezetek hőszigetelését. A fa- és műanyag ablakok hőátbocsátása 1,6-ról 1,15-re csökkenne. A kereskedelemben kapható termékek közül a legjobb minőségű, kétrétegű üvegezéssel ellátott ablakok ma is tudják ezt az értéket. Összehasonlításul: a három rétegű üvegezéssel készülő ablakok hőátbocsátása ma már 0,7-es értékű [8.25].

8.2.4. Támogatások az épületek energetikai célú felújítására 2008 óta az energiamegtakarítást eredményező hazai pályázati programok (Lakóépületek és Környezetük Felújításának Támogatása Program, Zöld Beruházási Rendszer, Új Széchenyi Terv) keretében összesen közel 56 milliárd Ft-ot ítéltek meg több mint 10 000 pályázat megvalósítására. A pályázatok eredményeként 251 448 lakóegység energetikai korszerűsítésére került sor, ennek köszönhetően az éves CO2megtakarítás mértéke meghaladhatja a 80 ezer tonnát, az éves energiamegtakarítás mértéke pedig megközelíti a 670 GWh-t (8.9. táblázat). A vizsgált időszakban a Zöld Beruházási Rendszer keretében meghirdetett pályázatok jelentették a hazai lakossági energiamegtakarítási programok legfőbb forrását. A Zöld Beruházási Rendszer finanszírozását a nemzetközi kvótakereskedelemben a kibocsátási egységek értékesítése biztosítja. Nemzetközi előírás, hogy a kibocsátási egységek értékesítésének bevételei kizárólag az ÜHG-kibocsátás csökkentésére fordíthatóak, míg a közösségi kvótabevételnek felét kell előírás szerint zöldgazdaság-fejlesztési beruházásokra költeni. A „légszennyezés ellen és a klímapolitika terén tett intézkedések hatásának ellenőrzéséről szóló” ÁSZ Jelentés szerint a kvótakereskedelem első hazai bevétele már 2008-ban realizálódott, ennek ellenére a bevételek felhasználására kialakított Zöld Beruházási Rendszer (ZBR) beindítása elhúzódott. A ZBR jogi, szervezeti hátterének kialakítása a bevételeket követően másfél évvel később történt meg. A támogatási döntések meghozatala, valamint támogatások kifizetése jelentős késedelmet szenvedett, érdemben csak 2010–2011-ben kezdődhetett meg. A 2013. év 20. hetéig összesen 113 049 lakóegység részesült mintegy 37,75 Mrd Ft támogatásban a Zöld Beruházási Rendszeren belül. Az uniós társfinanszírozású Környezet és Energia Operatív Program (KEOP) keretében energiahatékonysági pályázatok a Zöld Beruházási Rendszerben megítélt támogatáshoz hasonló nagyságrendben, összesen közel 44 milliárd forint támogatásban részesültek [8.32]. 292


%

db

db

Megítélt támogatás

Támogatásban részesülő lakóegység

Mrd Ft

Támogatott pályázat

Év

Támogatási intenzitás

Pályázat neve

Keret

8.9. táblázat. Hazai épületenergetikai támogatási programok összefoglaló adatai, 2008–2012

Mrd Ft

Várható megtakarítások

CO2 (t/év)

Energia (MWh/év) 129 368

LKFT Öko

2008

n. a.

50

1272

86 087

4,93

n. a.

LKFT Öko

2009

n. a.

50

226

15 050

0,93

n. a.

21 655

LKFT Panel

2008

n. a.

33,3–60

729

36 180

11,18

n. a.

118 307

ZBR Panel Prog. I.

2008

14,6

33,3–60

916

46 402

14,03

n. a.

147 633

ZBR Panel Prog. II.

2009

16,7

33,3–60

340

30 039

16,24

43 327

190 270 22 599

ZBR EH

2009

2,0

30

1139

1810

1,87

4819

ZBR-HGCS

2010

1,0

90

195

11 742

1,00

3859

5006

ZBR-ICS

2010

0,45

90

241

19 011

0,44

17 639

11 312

ZBR MO

2011

2,30

40–50

428

480

1,66

2276

10 895

ZBR Nap

2011

2,97

50

3523

3565

2,51

3645

11 828

ÚSZT Fűtéskorszerűsítés

2012

1,04

40

1077

1082

1,03

4551

n. a.

–

41,06

–

10 086

251 448

55,82

80 116

668 874

Mindösszesen Forrás: [8.35]

8.2.4.1. Beruházási támogatások Hazánkban alapvetően beruházási támogatások érhetőek el épületenergetikai célú felújítások céljából. Megjegyzendő azonban, hogy jelenleg alig van megpályázható konstrukció, új források várhatóak azonban a 2014-től induló új uniós költségvetési tervezési időszakban. A kiotói kvótaeladások bevételeiből finanszírozott, a Nemzeti Fejlesztési Minisztérium hatáskörébe tartozó Zöld Beruházási Rendszer (ZBR) szén-dioxid-kibocsátáscsökkentést célzó projekteket (energiahatékony épületfelújítás, épületbe integrált megújuló rendszerek) finanszíroz (pl. Mi otthonunk felújítási és új otthon építési Alprogram 2011-ben; Megújuló energiahordozó felhasználást elősegítő, használati meleg víz előállítását és fűtésrásegítést szolgáló napkollektor rendszer kiépítése alprogram 2011– 2012-ben). Ezek a konstrukciók alapvetően magánszemélyek és társasházak számára voltak elérhetőek. Keretösszegük 1,6, valamint 2,97 Mrd Ft volt [8.42]. Uniós társfinanszírozás keretében a Környezet és Energia Operatív Program „KEOP2012-5.5.0/B” kódjelű konstrukciója nyújtott a megújuló energiaforrás hasznosítással kombinált épületenergetikai fejlesztésekre támogatást, valamint a „KEOP-2012-5.5.0/A” kódjelű konstrukció épületenergetikai fejlesztésekre és a közvilágítás energiatakarékos átalakítására, korszerűsítésére (jelenleg mindkét konstrukció felfüggesztés alatt áll). 2013. október 31-étől azonban újra elérhetővé vált a „KEOP-2012-5.6.0” kódjelű konstrukció, mely központi költségvetési szervek energiahatékonysági beruházásait 293


támogatja. Ennek keretében akár 100%-os finanszírozás (minimum 5 millió, maximum 1,1 Mrd Ft) is elérhető mind épületenergetikai felújításokra, mind a világítástechnikai rendszerek korszerűsítésére, mind pedig megújulóenergia-hasznosításra (ezen elemeket kombinálni is lehet egymással). A pályázatokat 2013. november 11. és 15. között lehetett benyújtani [8.29].

8.2.4.2. Kedvezményes hitellehetőségek A Magyar Fejlesztési Bank „Sikeres Magyarországért” Panel Plusz Hitelprogramja lakóközösségek és helyi önkormányzatok részére biztosít kedvezményes hitellehetőséget a panellakások energiamegtakarítást eredményező korszerűsítéséhez, felújításához. A hitelből finanszírozható a nyílászárók energiamegtakarítást eredményező felújítása vagy cseréje, homlokzatok és födémek hőszigetelése, épületgépészeti rendszerek korszerűsítése, felújítása, valamint a megújuló energiafelhasználás növelése. Lakásonként legfeljebb 1 125 000 Ft-ot lehet elnyerni [8.33]. Egyes kereskedelmi bankok magánszemélyek számára folyósított, épületenergetikai beruházási célra fordítható hiteleket is nyújtanak. Amennyiben az épület elér egy bizonyos energiaminősítési szintet, úgy a kamat mértéke csökken.

8.2.4.3. Tervek A Nemzeti Fejlesztési Minisztérium 2013. november 22-ei közleménye szerint a Nemzeti Épületenergetikai Stratégia elfogadása után 2014-ben széles körű épületenergetikai támogatási program fog elindulni, amelynek forrását részben a nemzetközi széndioxid-kvótakereskedelemből befolyt bevételek, részben a 2014–2020 közötti európai uniós tervezési időszak operatív programjainak támogatásai biztosítják majd [8.22]. A tervezett ZBR mélyfelújítási alprogramok célja továbbá, hogy az eddigi épületenergetikai ZBR alprogramok által elért átlagosan 40%-os energiamegtakarítás és ahhoz kapcsolódó kibocsátáscsökkentés helyett, komplex beruházások támogatásával legalább 60%-os energiamegtakarítás valósulhasson meg a lakóépületek felújítása során, önálló családi házak és többlakásos épületek tekintetében. Ha egy nagyszabású felújítási program csak a legkönnyebben elérhető célokat tűzi ki (csak felületes, de rövid távon megtérülő energiafogyasztást csökkentő beruházásokat, mint pl. az ablakcsere vagy a részleges épületszigetelés), az nem eléggé ösztönzi a lakosságot a komplex beruházásokra. Ennek következtében az alacsonyabb szintű energiamegtakarítást célzó, felújított épületek energiafelhasználása hosszú évtizedekig magasabb lesz, mint amit a jelenleg elérhető technológiával különben el lehetett volna érni, ezzel tulajdonképp „belakatolva” (lock-in) Magyarország hosszú távú kibocsátáscsökkentési potenciálját. A Közép-Európai Egyetem Környezettudományi és Politikai Tanszékének kutatócsoportja számos felújítási forgatókönyvet tanulmányozott, amelyek az elérhető energiahatékonysági szintben és az évenkénti felújítható lakások számában különböztek. A tanulmány rámutatott arra, hogy a magyar fűtési energiafelhasználás és a vele járó szén-dioxid-kibocsátás akár 85%-a is megtakarítható egy konzisztens és széles körű, 294


komplex és átfogó felújítási program révén az országban, amelynek keretében a köz- és lakóépületeket passzívház-technológiával újítanák fel. Az új építésű otthonokra vonatkozó támogatások célja az előírásoknál energetikailag hatékonyabb, energiatudatos technológiát alkalmazó építés, passzív ház jellegű lakóépületek létesítése. Az új ZBR-rendszer a következő tervezett elemekből épülne fel (8.6. ábra). Önálló családi házak mélyfelújítási programja

Többlakásos épületek mélyfelújítási programja

Hitelgarancia Alap

Új építésű energiahatékony lakóépületek támogatásának programja

8.6. ábra. ZBR-rendszer szerkezeti felépítése Forrás: [8.42]

A tervek között szerepel az ún. ZBR Hitelgarancia Alap felállítása. A ZBR Hitelgarancia Alap az állam által garantált hitel lehetőségét biztosítaná a ZBR épület-energiahatékonysági programjaiban pályázó magánszemélyek részére, a pályázatban szükséges önrész megfizetéséhez. Mivel a lakosság nagy része nem rendelkezik a szükséges megtakarításokkal ahhoz, hogy mélyfelújításba kezdjen, a pályázatokhoz szükséges önerő hitelből történő fedezésének elősegítésére korszerű és megfizethető hiteltermékekre van szükség. A hagyományos jelzálog és személyi kölcsön típusú hiteltermékek nem maradéktalanul alkalmasak az épületenergetikai felújítások finanszírozására. A tulajdonosok nem szívesen kockáztatják tulajdonuk elvesztését jelzáloghitel igénybevételével, illetve gyakori, hogy egy ingatlan nem jelzálogképes. A személyi kölcsön tekintetében pedig sokan nem hitelképesek. A ZBR Hitelgarancia Alap célja a magyar lakosság ZBR pályázatokhoz kapcsolódó hiteligényeinek kiszolgálása. Az International Finance Corporation (IFC) által 1996 és 2008 között Magyarországon működtetett Hungary Energy Efficiency Co-financing Program (HEECP) volt egyébként az első program Magyarországon, amely hitelgarancia-alapot működtetett lakóépületek felújításának támogatása céljából. Az IFC azonban 2009-től már nem működteti a HEECP programot hazánkban, így újból szükség van ehhez hasonló állami hitelgarancia-alapra [8.42]. Felmerült az az ötlet is, hogy esetlegesen az energetikai és távközlési szektor adóbevételei is felhasználhatóak lennének épületenergetikai beruházások támogatásának céljára. 295


8.3. Konklúzió, javaslatok hazánk számára A Nemzeti Épületenergetikai Stratégiához készült átfogó felmérés alapján kiderült, hogy hazánk épületállományának nagy része 1979 előtt épült családi ház, melyek épületenergetikai szempontból elavultak, így energiafelhasználásuk pazarló. Az épületállomány legalább 70%-a felújításra szorul, közel 10%-ának jelenlegi állapota pedig új építést tenne indokolttá. A magyar háztartások fajlagos fűtési primerenergia-igénye (éghajlati viszonyokkal korrigálva) meghaladja az uniós átlagot, és főként földgáz- és tűzifaalapú. A tűzifán kívüli megújuló energiák használata (napkollektor vagy hőszivattyú formájában) még nem annyira elterjedt, mint például Németországban vagy Dániában. A jelenlegi helyzet megváltoztatásához konkrét és hosszú távra szóló célkitűzések, valamint cselekvési programok szükségesek, melyeket a készülő Nemzeti Épületenergetikai Stratégia fog tartalmazni. Az épületenergetikai követelmények fokozatos szigorítása szükséges ahhoz, hogy az irányelv által előírt, közel nulla energiafelhasználásra vonatkozó kategóriát 2019-től, illetve 2021-től el tudjuk érni. A készülő rendelettervezet szerinti NZEB fogalom megfelel az uniós követelményeknek, de az ehhez vezető utat – a többi vizsgált tagállamhoz hasonlóan – már most jogszabályi szinten ki kell jelölni (több lépcsős szigorítás formájában). Emellett a németek sikeres példáját követve elő lehet írni kötelezően elérendő megújuló fűtési részarányokat az új építésű épületekre vonatkozóan (a tervezett NZEBdefinícióban egyébként egy minimális 25%-os részarány szerepel a teljes primerenergia-felhasználáson belül). Az épületenergetikai célok eléréséhez a követelmények szigorításán túl számos eszköz áll rendelkezésünkre. A már korábban említett forrásokból (EU, kvótakereskedelem, energiahatékonysági kötelezettségi rendszer) bővíteni lehet az e célra nyújtott beruházási támogatási keretösszegeket, amelyekre a keret kimerüléséig év közben folyamatosan lehetne pályázni. A német rendszerhez hasonlóan elvárás lehetne bizonyos fajlagos primerenergia-felhasználási küszöbérték elérése a támogatás elnyeréséhez, valamint amennyiben ezt a beruházó túlteljesíti, bónusztámogatás járhatna. Az alternatív fűtési rendszerek beépítése esetén a CO2-kibocsátástól függően célszerű a támogatást megítélni (minél alacsonyabb a CO2-kibocsátás, annál magasabb támogatás érhető el). Az épületenergetikai beruházások és az alternatív tüzelőberendezések beépítéséhez célszerű kibővíteni a jelenlegi kedvezményes hitellehetőségeket is. Mivel a háztartások nagy része ehhez nem tudja előreteremteni a megfelelő önerő-részt, szükség van – az NFM terveivel összhangban – az állami garancia melletti, önerőt finanszírozó hitellehetőségek bevezetésére is. Jó megoldás lehet az osztrákoknál már bevált harmadik feles finanszírozás is, mint a rezsicsökkentési törekvések egyik hosszú távú eszköze. Az ESCO konstrukciók előnye, hogy a beruházást az energiahatékonysági megtakarításokból származó többletből tudja finanszírozni a fogyasztó, így a háztartások rezsikiadásai nem növekednének, sőt hosszabb távon csökkennének. Az uniós előírás szerint bevezetendő energiahaté296

Irodalom

konysági kötelezettségi rendszerhez például alkalmazható effajta eszköz is (amennyiben energiaszolgáltató vállalat a kötelezett fél). Az épületenergetikai felújításokra költhető lakossági megtakarítások növelésére célszerű lenne az e célra működtetett lakáskasszák havi keretének emelése, valamint az ezekre nyújtott állami támogatás esetleges növelése is. Jelenleg az épületenergetikai beruházások további akadálya az arra kivetett magas ÁFA, ami másfelől feketemunkára is ösztönöz. Franciaországban például most döntötte el a kormány, hogy a szigetelési munkákra kivetett ÁFA mértéke 2014-től 5%-ra csökken. Németországban az energetikai tanácsadást államilag is támogatják, hiszen ezt nem minden esetben tudja megfizetni a lakosság (vállalatok esetében már más a helyzet). A tanácsadó felméri az épület vagy lakás energiamegtakarítási potenciálját és hasznos tanácsokkal tud szolgálni arra vonatkozóan, hogy milyen intézkedésekkel lehet költséghatékonyan csökkenti az energiafelhasználást. Ez javíthat a háztartások jelenlegi információhiányos állapotán, és új munkahelyeket is teremthet (lakossági tanácsadói hálózat kiépítése, képzések indítása, központi tanácsadói lista létrehozása). Ezzel kapcsolatos terveket egyébként a NEHCsT is tartalmaz. Horizontális intézkedésként tehát nagyon fontos a tájékoztatás és a tudatformálás. Ennek eszközei lehetnek rendszeres figyelemfelhívó kampányok, fogyasztói tanácsadó központok létrehozása (lásd Németország), illetve a szakma naprakész információkkal történő ellátása (lásd Dánia). Az épületenergetikai korszerűsítésnek jelenleg ugyanis két fő akadálya van: az információhiány, tehát a lehetőségek ismeretlensége, valamint a háztartások uniós viszonyokhoz képest relatíve rossz jövedelmi helyzete, az önerő előteremtésének nehézségei. Ha ezt a két akadályt le tudjuk küzdeni, és a megfelelő állami, illetve uniós források is rendelkezésre állnak az épületfelújítások és a megújuló tüzelőberendezések elterjedéséhez, úgy a jogszabályi kötelezettségek bevezetése mellett várhatóan elérhetővé válik hazánkban is a közel nulla energiafelhasználás.

Irodalom [8.1] 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról http://net.jogtar.hu/jr/gen/hjegy_doc.cgi?docid=A0600007.TNM Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.2] 176/2008. (VI. 30.) Korm. rendelet az épületek energetikai jellemzőinek tanúsításáról http://net.jogtar.hu/jr/gen/hjegy_doc.cgi?docid=A0800176.KOR Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.3] A Kormány 1246/2013. (IV. 30.) Korm. határozata az épületek energiahatékonyságának követelményeiről és az épületek energiahatékonyságáról szóló 2010. május 19-i 2010/31/EU európai parlamenti és tanácsi irányelv szerinti költségoptimalizált követelményszint eléréséről http://epitemahazam.hu/sites/default/files/2013IV30korm_hat.pdf Letöltés ideje: 2013. november 26. [8.4] BAFA, 2013: Energetikai tanácsadásra vonatkozó információk http://www.bafa.de/bafa/de/energie/energiesparberatung/faq/index.html Letöltés ideje: 2013. november 25.

297

8. A közel nulla energiaigényű épületek követelményei… [8.5] A belügyminiszter …/2013. (…) BM rendelete az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet módosításáról, (jogszabálytervezet) http://2010-2014.kormany.hu/download/1/ca/50000/normasz%C3%B6veg_honlapra.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.6] BMU, 2013 [1]: MAP tájékoztató http://www.erneuerbare-energien.de/die-themen/foerderung/marktanreizprogramm/ Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.7] BMU, 2013 [2]: MAP (ezen belül BAFA és KfW) statisztika http://www.erneuerbare-energien.de/unser-service/mediathek/downloads/detailansicht/ artikel/statistik-zum-marktanreizprogramm/?tx_ttnews%5BbackPid%5D=152 Letöltés ideje: 2013. november 8. [8.8] BMVBS, 2013: tájékoztatás az EnEV rendeletről http://www.bmvbs.de/DE/BauenUndWohnen/EnergieeffizienteGebaeude/ Energieeinsparverordnung/energieeinsparverordnung_node.html Letöltés ideje: 2013. november 8. [8.9] COM(2013) 483 final (2013. 06. 28.): A Bizottság jelentése az Európai Parlamentnek és a Tanácsnak a tagállamok által elért eredmények a közel nulla energiaigényű épületek terén http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=COM:2013:0483:FIN:HU:PDF Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.10] Csoknyai et al., 2012: A megújuló energiaforrásokat alkalmazó közel nulla energiafogyasztású épületek követelményrendszere. észült a Belügyminisztérium megbízásából, a Debreceni Egyetem Műszaki Kar Épületgépészeti és Létesítménymérnöki Tanszékén, Debrecen, 2012. május 20. http://www.e-epites.hu/2279 Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.11] Dán energetikai megállapodás, 2012 http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/politik/dansk-klima-energipolitik/politiske-aftalerpaa-energiomraadet/energiaftalen-22-marts-2012/Accelerating%20green%20energy%20 towards%202020.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.12] Dán Energiastratégia, 2011 http://www.kebmin.dk/sites/kebmin.dk/files/news/from-coal-oil-and-gas-to-green-energy/ Energy%20Strategy%202050%20web.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.13] Dán Energiaügynökség, 2013: Bojlerekre és fűtőberendezésekre vonatkozó információk http://www.ens.dk/en/consumption-savings/buildings/boilers-heating-installations Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.14] Dán épületenergetikai szabályozás, 2010 http://w2l.dk/file/155699/BR10_ENGLISH.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.15] Energiekonzept, 2010: für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung, 28. September 2010 http://www.bmu.de/fileadmin/bmu-import/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ energiekonzept_bundesregierung.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.16] Energy Efficiency Policies and Measures in Denmark, 2012: Monitoring of Energy Efficiency in EU 27, Denmark (ODYSSEE-MURE), Danish Energy Agency, Copenhagen, October 2012 http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/info/tal-kort/statistik-noegletal/indikatorerenergieffektivitet/Structure%20National%20Report%20ODYSSEE%202012.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25.

298

Irodalom [8.17] Energy policy in Denmark, 2012: Danish Energy Agency, December 2012 http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/dokumenter/publikationer/downloads/energy_policy_ in_denmark_-_web.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.18] EPBD irányelv: Az Európai Parlament és a Tanács 2002/91/EK irányelve (2002. december 16.) az épületek energiateljesítményéről http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32002L0091:hu:HTML Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.19] EPBD Recast irányelv: Az Európai Parlament és a Tanács 2010/31 EU irányelve (2010. május 19.) az épületek energiahatékonyságáról (átdolgozás) http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2010:153:0013:0035:hu:PDF Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.20] Erneuerbare Energien Wärmegesetz, EEWärmeG http://www.erneuerbare-energien.de/die-themen/gesetze-verordnungen/waermegesetzeewaermeg/ Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.21] ÉMI Építésügyi Minőségellenőrző Innovációs Nonprofit Kft., 2013: Belső munkaanyag [8.22] Fókuszban az épületek energiahatékonyságának növelése, 2013. november 22., NFM közlemény http://www.kormany.hu/hu/nemzeti-fejlesztesi-miniszterium/fejlesztes-esklimapolitikaert-valamint-kiemelt-kozszolgaltatasokert-felelos-allamtitkarsag/hirek/ fokuszban-az-epuletek-energiahatekonysaganak-novelese Letöltés ideje: 2013. november 26. [8.23] Fülöp et al., 2013: Épületek energetikai követelményeinek költségoptimalizált szintjének megállapítását megalapozó számítások, Energiaklub, 2013 http://energiaklub.hu/sites/default/files/ek_epuletenergetikai_kovetelmenyertekek_ optimalizalasa_2013.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.24] Gesamte Rechtsvorschrift für Bund-Ländern Maßnahmen, 2013: …im Gebäudesektor zum Zweck der Reduktion des Ausstoßes an Treibhausgasen, Fassung vom 18. 11. 2013. http://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?Abfrage=Bundesnormen&Gesetzesnumm er=20006413 Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.25] Hamarosan már csak ilyen házakat építhetünk, 2013. október 10. http://www.penzcentrum.hu/lakas/hamarosan_mar_csak_ilyen_hazat_ epithetunk.1037934.html Letöltés ideje: 2013. november 26. [8.26] Hermelink et al., 2013: Towards nearly zero-energy buildings: Definition of common principles under the EPBD, Ecofys, 14 February 2013 http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/doc/nzeb_full_report.pdf Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.27] Hernandez-Kenny, 2010: From net energy to zero energy buildings: Defining life cycle zero energy buildings (LC-ZEB), in: Energy and Buildings, Volume 42, Issue 6, June 2010, pp. 815-821 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778809003247 Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.28] II. Nemzeti Energiahatékonysági Cselekvési Terv (NEHCsT) http://zbr.kormany.hu/download/c/6c/40000/Magyarorsz%C3%A1g%20II%20Nemzeti%20 Energiahat%C3%A9konys%C3%A1gi%20Cselekv%C3%A9si%20Terve.pdf Letöltés ideje: 2013. november 26.

299

8. A közel nulla energiaigényű épületek követelményei… [8.29] K EOP konstrukciók, 2013 http://www.nfu.hu/doc/2637 Letöltés ideje: 2013. november 26. [8.30] KfW, 2013: KfW kedvezményes hitellehetőségek https://www.kfw.de/kfw.de.html Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.31] Magyar Energetikai és Közműszabályozási Hivatal (MEKH), 2013: Belső munkaanyag [8.32] Második Nemzeti Éghajlatváltozási Stratégia, 2013: 2014-2025, kitekintéssel 2050-re, szakpolitikai vitaanyag, 2013. szeptember http://www.kormany.hu/download/7/ac/01000/M%C3%A1sodik%20Nemzeti%20 %C3%89ghajlatv%C3%A1ltoz%C3%A1si%20Strat%C3%A9gia%202014-2025%20 kitekint%C3%A9ssel%202050-re%20-%20szakpolitikai%20vitaanyag.pdf Letöltés ideje: 2013. november 26. [8.33] MFB „Sikeres Magyarországért” Panel Plusz Hitelprogram https://www.mfb.hu/onkormanyzati_infrastrukturafejlesztes/panelplusz Letöltés ideje: 2013. november 26. [8.34] Nemzeti Energiastratégia 2030 http://www.kormany.hu/download/4/f8/70000/Nemzeti%20Energiastrat%C3%A9gia%20 2030%20teljes%20v%C3%A1ltozat.pdf Letöltés ideje: 2013. november 26. [8.35] Nemzeti Fejlesztési Minisztérium belső munkaanyaga, 2013 [8.36] Nemzeti NZEB cselekvési tervek http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/implementation_en.htm Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.37] NÉeS bemutató, 2013: ÉMI konferencia a CEU-ban, 2013. november 6. http://www.emi.hu/EMI/web.nsf/Pub/CM83BX.html Letöltés ideje: 2013. november 26. [8.38] ODYSEE: energiahatékonysági indikátorok http://www.odyssee-indicators.org/online-indicators/ Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.39] OIB-Richtlinien, 2011: Harmonizált osztrák épületenergetikai követelmények http://www.oib.or.at/ Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.40] Osztrák energiastratégia, 2010 http://www.bmwfw.gv.at/EnergieUndBergbau/EnergiestrategieUndEnergiepolitik/Seiten/ Energiestrategie.aspx Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.41] Towards Net Zero Energy Solar Buildings, IEA Solar Heating and Cooling Programme, October 2008-September 2013 http://task40.iea-shc.org/ Letöltés ideje: 2013. november 25. [8.42] Zöld Beruházási Rendszer honlapja http://zbr.kormany.hu/index Letöltés ideje: 2013. november 26.

300

9. Energiahatékonyság – költséghatékonyság 9.1. Megújulóenergia-felhasználás, kutatás-fejlesztés, GDP és az energiaadó kapcsolatának a vizsgálata 9.1.1. Bevezetés A megújulóenergia-felhasználás nagyságának a gazdaságra vonatkozó hatása, valamint a megújulóenergia-felhasználás mértékét befolyásoló gazdasági tényezők vizsgálata az érdeklődés középpontjába került az utóbbi években [9.1] [9.2] [9.3] [9.4] [9.5]. Számos tanulmányban vizsgálták már a bruttó hazai termék (GDP) és az energiafelhasználás, valamint a GDP és a megújulóenergia-felhasználás kapcsolatát [9.4] [9.7] [9.8] [9.9] [9.10] [9.11] [9.12] [9.13] [9.14]. A tanulmányok eredményei azonban nem mutatnak egyértelmű képet, tekintettel arra, hogy az energiafelhasználás és a GDP alakulása között mind az egyirányú [9.12] [9.14], mind a kétirányú oksági viszonyok [9.7] [9.8] [9.15] feltárása során, arra a következtetésre is jutottak, hogy egyáltalán nem mutatható ki oksági viszony [9.16] az említett változók között. Az oksági kapcsolatok jellege attól függően is alakul, hogy rövid vagy hosszú távra terjednek-e ki a vizsgálatok, valamint attól is, hogy mely országokat vagy országcsoportokat vonnak be az elemzésekbe. A GDP és az energiafelhasználás kapcsolatát tekintve négy versengő hipotézist, nevezetesen a növekedési, a takarékossági, a semlegességi és a visszacsatolási feltevéseket azonosították az energia-gazdaságtan szakirodalmán belül. A növekedési hipotézis alapján azt mondhatjuk, hogy az oksági kapcsolat egyirányú, az energiafelhasználás befolyásolja a GDP mértékét. Ez azt jelenti, hogy az energiafelhasználás emelkedésének (vagy csökkenésének) a hatására a GDP mértéke is emelkedni (vagy csökkeni) fog, ami arra utal, hogy az energiatakarékosságot célzó politikák akár negatív hatással is lehetnek a GDP alakulására az energiafelhasználás csökkentésén keresztül. A takarékossági feltevés alapján a GDP befolyásolja az energiafelhasználás mértékét, ami azt jelenti, hogy az energiahatékonysággal kapcsolatos politikáknak nincs negatív hatása a GDP alakulására nézve. A semlegességi hipotézis szerint nem tárható fel oksági kapcsolat a GDP alakulása és az energiafelhasználás mértéke között. A visszacsatolási hipotézis alapján az energiafelhasználás és a GDP között kétirányú oksági kapcsolat áll fenn, ami azt jelenti, hogy mind a két változó hatással van a másikra, azaz például az energiafelhasználás emelkedése során a GDP is emelkedni fog, és ugyanez igaz fordítva is. Az energiafelhasználás és a bruttó hazai termék közötti kapcsolat elemzése mellett számos tanulmányban igyekeztek feltárni a megújulóenergia-felhasználást befolyásoló tényezőket, vizsgálták a megújulóenergia-felhasználás gazdasági hatásait [9.8] [9.13] [9.17]. A megújuló energia vonatkozásában a visszacsatolási hipotézist támasztotta alá Apergis és Payne [9.17] a 80 országot tartalmazó, 1990 és 2007 közötti évekre vonat301

9. Energiahatékonyság – költséghatékonyság

kozó vizsgálatunkban, tekintettel arra, hogy a megújulóenergia-felhasználás és a GDP között kétirányú oksági kapcsolatot mutattak ki mind rövid, mind hosszú távra nézve. Ugyanakkor a vizsgálatukban negatív jellegű kétirányú kapcsolatot is feltártak a megújuló és a nem megújulóenergia-felhasználás között, amely a két energiaforrás közötti helyettesíthetőséget támasztja alá. A megújulóenergia-felhasználás ösztönzése egyaránt fontos eleme lehet a környezetszennyezés elleni intézkedéseknek és az országok energiapolitikájának. A megújulóenergia-felhasználás növelése mellett csökkenthető az energiafüggőség, javítható az energia ellátás biztonsága, fokozódhat a verseny az energiapiacon, valamint hatással lehet a gazdaság egyéb területeire, mint például a foglalkoztatásra nézve. A 9.3.2. és a 9.3.3. alfejezetekben arra keressük a választ, hogy vajon hatással van-e a kutatásra-fejlesztésre fordított kiadások nagysága, az energiaadó, nevezetesen az implicit adókulcs mértéke és a GDP alakulása a megújulóenergia-felhasználásra nézve. Vizsgálatainkban az Európai Unió tagállamainak a 2004 és 2012 közötti évekre vonatkozó a következőkben ismertetésre kerülő adatait használtuk fel.

9.1.2. A megújulóenergia-felhasználás a bruttó energiafelhasználáson belül, az implicit adókulcs és a kutatásra-fejlesztésre fordított kiadások alakulása 2004 és 2012 között A végső energiafelhasználás arányában kifejezett megújulóenergia-felhasználás valamennyi vizsgált országban emelkedett 2004 és 2012 között, ami azt mutatja, hogy az országokban szorgalmazzák a megújuló energia felhasználásának a növelését. A legnagyobb mértékű emelkedés Svédországban, Dániában, Ausztriában és Olaszországban következett be rendre 12,3, 11,5, 9,4 és 7,8 százalékponttal (9.1. ábra). Magyarországon a megújuló energia felhasználási aránya 5,2 százalékponttal emelkedett 2004 és 2012 között, amelynek eredményeként az arány a nyolcadik legalacsonyabb érték volt 2012-ben (9,6%) az Európai Unió tagállamait tekintve (9.1. ábra). Az Európai Unió 28 országára nézve az átlag 2012-ben 14,1% volt. Négy ország rendelkezett a legalacsonyabb, azaz 5% alatti megújulóenergia-felhasználási aránnyal (a teljes végső energiafelhasználáshoz viszonyítva) 2012-ben: Málta (1,4%), Luxemburg (3,1%), Egyesült Királyság (4,2%) és Hollandia (4,5%) (9.1. ábra). Felmerülhet a kérdés, hogy milyen tényezőktől függ a megújulóenergia-fel használás nagysága. Az energiapolitikák egyik fontos szabályozó eszköze az energiafelhasználással, ugyanakkor környezetszennyezéssel is járó tevékenységekre vonatkozó adók kivetése. Felmerül a kérdés, hogy vajon az energiaadó mértéke ösztönzi-e a gazdasági szereplőket alternatív energiaforrások használatára, például a megújuló energia alkalmazására. Továbbá hasonlóan merül fel a kérdés, hogy meghatározó-e a megújulóenergia-felhasználás nagyságának az alakulásában a kutatásra-fejlesztésre fordított kiadások mértéke, vagy a nemzetgazdaságban végső felhasználásra előállított termékek és szolgáltatások értéke, azaz a bruttó hazai termék nagysága. 302

9.1. Megújulóenergia-felhasználás, kutatás-fejlesztés, GDP és az energiaadó kapcsolatának a vizsgálata

Az implicit adókulcs az adott tételre kivetett adóból befolyt bevétel és az adóalap hányadosát adja meg. Az energiára vonatkozó implicit adókulcs (ITRe – implicit tax rate) megadja a végső energiafelhasználás (CFe – final energy consumption) egy egységére jutó energiaadó-bevételnek (TRe – energy tax revenue) a nagyságát: ITR e =

TR e . FC e

70,0 2004

2012

60,0 50,0

%

40,0 30,0 20,0 10,0

Egy Luxe Málta esü mb u lt k irál rg Ho yság llan Bel dia giu m Cip r u Ma Írors s gya zág ror szá Len Szlov g gye ákia l Cse orszá Né horsz g m á Fra etors g zág nci a Ola orszá Eur g ópa Gö szorsz ág i Un rög ió ( orsz Spa 28ors ág nyo zág lors ) zá B Ho ulgá g rvá tor ria Szl szág ov Lith énia u Romania Por ánia tu Ész gália tor szá g Dá Au nia Fin sztria no Let rszág t Své orszá dor g No szág rvé gia

0,0

9.1. ábra. A megújulóenergia-felhasználás aránya a végső energiafelhasználáshoz viszonyítva, a 2004. és a 2012. évre (Európai Unió tagállamai és Norvégia) Forrás: [9.18]

Az energiaadó bevételének a mértékét euróban, míg a végső energiafelhasználás nagyságát tonna olajegyenértékben (toe – tonnes of oil equivalent) fejezik ki. Minél magasabb értékkel rendelkezik a mutató, annál nagyobb az olyan energiafelhasználásának az aránya, amely a környezet szempontjából negatív hatással járhat. Az energia implicit adókulcsának mértéke a legtöbb európai uniós tagállamban emelkedett 2004 és 2012 között, Magyarország esetében is, azonban nyolc tagállamban csökkent a mutató értéke (Ausztria, Belgium, Horvátország, Litvánia, Németország, Portugália, Spanyolország és Szlovákia) (9.2. ábra). Az energia implicit adókulcsának csökkenése ezekben a tagállamokban kevésbé felel meg annak a törekvésnek, hogy a felhasználásra kerülő erőforrásokat, az energiafelhasználást terhelje adó, mint inkább a munkát, különösen olyan országokban, ahol igen magas a munkából származó jövedelmeket terhelő adó mértéke. A munkára vonatkozó adóék nagysága kifejezi a munkát terhelő adó nagyságát a munkaerőköltség százalékában kifejezve. Az első öt ország, amelyekben a legnagyobb volt (2013-ban) a munkára vonatkozó 303


teljes adóék (total tax wedge) nagysága, sorrendben Belgium (55,8%), Németország (49,3%), Ausztria (49,1%), Magyarország (49%) és Franciaország (48,9%) [9.19], közülük az első háromban csökkent az energiaadó mértéke. Az energia adókulcs nagysága igen széles tartományban mozgott 2004 és 2012 között, 2012-ben a legnagyobb (Dánia – 303,61 EUR/toe) és a legkisebb (Szlovákia – 47,52 EUR/toe) érték közötti eltérés igen jelentős volt. Az országok többsége (19 tagállam) rendelkezett az Európai Unió tagállamaira vonatkozó átlag alatti értékkel (172,8 EUR/toe) 2012-ben (9.2. ábra). 350 300

2004

2012

EUR/toe

250 200 150 100 50

Szl

ov á Bu kia lgá Ro ria m Lit ánia hu a L Ma etto nia gy rszá ar g Cs orsz Ho ehor ág rvá szá to g Ész rszá Le ng torsz g ye lor ág s Sp Be zág an lgiu yo m l Fin orszá no g Po rszá rtu g gá l Cip ia Fra Aus rus nc ztr iao ia rs Eu róp Íro zág ai U r s nió Szlo zág (28 vén or ia Ho szág Lu lland ) Né xemb ia m u Gö etors rg rög zág ors zág Sv Má éd lt Eg Ol orsz a ye asz ág sül t |K orszá irá g lys á Dá g nia

0

9.2. ábra. Az energia implicit adókulcsának mértéke a 2004. és a 2012. évre (Európai Unió tagállamai) Forrás: [9.20]

9.2. A villamosenergia-fogyasztás, a villamos energia ára és a GDP időbeli változása Adott termelési tényező iránti keresletet több tényező is befolyásolhatja, mint pl. az adott tényező ára, a vele előállított érték nagysága, azaz a termékek és szolgáltatások árának az alakulása, a helyettesítési lehetőségei és a helyettesítők keresleti jellemzői. Mind a termelési tényezők, mind a termékek és szolgáltatások keresletének vizsgálatára alkalmas a kereslet árrugalmassági együtthatójának az elemzése. Adott jószág keresletének rugalmassági együtthatója arra ad választ, hogy hogyan változik a jószág keresett mennyisége valamely a keresletet befolyásoló tényező egy százalékos változásának a hatásra, miközben minden egyéb tényező változatlan. A kereslet rugalmassági együtthatói között említhetjük a kereslet ár- és jövedelemrugalmassági együtthatóit. Az energia árrugalmassági együtthatója megmutatja, hogy ha egy százalékkal változik az energia ára, akkor hány százalékkal változik a keresett mennyisége, minden egyéb tényező változatlansága mellett. Az energia, mint például a villamos energia kereslete árrugalmassági együtthatójának a vizsgálata segítheti a keresletet 304

9.2. A villamosenergia-fogyasztás, a villamos energia ára és a GDP időbeli változása

érintő szabályozások, mint pl. az energiaadó mértékének a változtatása során megmutatkozó hatásokat. Az adott termék iránti keresletet tekinthetjük árrugalmasnak, árrugalmatlannak és egységnyi árrugalmasságúnak, attól függően, hogy a kereslet árrugalmassági együtthatója milyen értéket vesz fel, azaz az együttható abszolút értéke nagyobb, kisebb vagy egyenlő eggyel. A villamos energia mind a termelés, mind a fogyasztás meghatározó tényezője, ezért feltételezhetően a villamos energia iránti kereslet árrugalmatlan, ami azt jelenti, hogy ha a villamos energia ára 1%-kal emelkedik, akkor a keresett mennyiség attól kisebb mértékben esik vissza. A 9.3.4. alfejezetben arra keressük a választ, hogy milyen kapcsolat tárható fel a villamosenergia-fogyasztás nagysága, az ára és a GDP alakulása között. Vizsgálatainkat mind a termelői, mind a háztartási szektorra elvégezzük külön-külön.

9.2.1. A nettó villamosenergia-fogyasztás és a GDP nagyságának időbeli változása A nettó villamosenergia-fogyasztás jelentősen emelkedett Magyarországon 1925 és 2012 között, míg a fogyasztás mértéke 1925-ben 475 GWh volt, addig 2012-ben már 36 235 GWh. A fogyasztás időbeli alakulásában három nagyobb visszaesés következett be (9.3. ábra). A nettó villamosenergia-fogyasztás 62,25%-kal csökkent 1940 és 1945 között, majd a rendszerváltást követően, de még a transzformációs válságot megelőzően 1989 és 1993 között mérsékelten, 16,07%-kal csökkent a nettó fogyasztás mértéke. Végül, a harmadik visszaesés 2009-ben következett be, amikor az előző évhez viszonyítva 5,09%-kal csökkent a villamosenergia-fogyasztás nagysága. 40 000 Netto villamosenergia-fogyasztás 35 000 30 000

20 000 15 000 10 000 5000 0

1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

GWh

25 000

9.3. ábra. A nettó villamosenergia-fogyasztás Magyarországon, 1925 és 2012 között Forrás: [9.21]

305


2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

Ipar Háztartások Szolgáltatás Ipar + Háztartás + Szolgáltatás

1993

1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

1992

%

A nettó villamosenergia-fogyasztás szerkezetén belül a háztartási, az ipari és a szolgáltatási szektor fogyasztása képviseli a legnagyobb hányadot, amelyek mértéke az évektől függően 85 és 90 százalék között mozgott 1992 és 2010 között (9.4. ábra). A vizsgált időszak alatt nem történt jelentősebb átrendeződés a nettó villamosenergiafogyasztás szerkezetén belül (9.4. ábra), tekintettel arra, hogy a nagyobb fogyasztással jellemezhető szektorok fogyasztási aránya csak kismértékben változott.

9.4. ábra. A háztartási az ipari és a szolgáltatási szektor villamosenergia-fogyasztása a teljes nettó villamosenergia-fogyasztás százalékában kifejezve, külön-külön és együtt, 1992 és 2010 között Forrás: [9.22]

A háztartási fogyasztók (áfa nélküli) átlagára jelentősen emelkedett (489,5%-kal) 1995 és 2010 között (9.5. ábra), azonban a háztartási nettó villamosenergia-fogyasztás mértéke szinte alig változott, hiszen 1995. évről a 2010. évre 13.78%-kal emelkedett a háztartások fogyasztása. A háztartásokra jellemző nettó villamosenergia-fogyasztás és az átlagárak alakulása azt mutatja, hogy a villamos energia iránti kereslet árrugalmatlan. Elek és Kézdi [9.23] 1000 háztartást tartalmazó mintára vonatkozó felmérés alapján vizsgálták a villamos energia árrugalmassági együtthatójának a mértékét, és arra a következtetésre jutottak, hogy a kereslet hosszú távú árrugalmassági együtthatójának az abszolút értéke kisebb, mint egy, azaz a kereslet árrugalmatlan. A háztartási fogyasztókra vonatkozó átlagárak időbeli alakulásában láthatjuk, hogy az általános forgalmi adó nélküli és az adót is tartalmazó átlagárak közötti eltérés 2004-től megnövekedett, tekintettel arra, hogy a korábbi 12%-os adókulcsot 25%-os adókulcs váltotta fel, amely igaz rövid ideig, 2005. 10. 01-ig maradt érvényben. A 2005. évben bevezetett 20%-os áfát, 2010-ben ismét 25%-os általános forgalmi adókulcs váltotta fel (9.5. ábra). A villamos energia nem háztartási fogyasztókra vonatkozó nominál átlagára 347%-kal emelkedett 1995-ről 2010-re (9.5. ábra), míg a nettó villamosenergiafogyasztás nagysága 4,58%-kal növekedett (9.6. ábra). A nem háztartási és a háztartási fogyasztók áfával figyelembe vett villamos energia átlagára közötti eltérés fokozatosan növekedett 2005-ig, amelyben tükröződik részben az általános forgalmi adó emelkedése. A háztartási fogyasztók villamosenergia-átlagára 53,8%-kal haladta meg a nem háztartási fogyasztókra vonatkozó árakat (1995-ben 13,8%-kal), majd az arány átmeneti csökkenés, majd növekedés mellett végül 2010-ben 67,3%-ot ért el (9.5. ábra). 306

9.2. A villamosenergia-fogyasztás, a villamos energia ára és a GDP időbeli változása 50 Nem háztartási fogyasztók átlagára (Ft/kWh) 45

Háztartási fogyasztók átlagára ÁFA nélkül (Ft/kWh)

35

Háztartási fogyasztók átlagára ÁFA-val (Ft/kWh)

Ft/kWh

30 25 20 15 10

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

0

1995

5

9.5. ábra. A villamos energia nominál átlagárának az alakulása a háztartási és a nem háztartási fogyasztókra, 1995 és 2010 között Forrás: [9.24]

20 000 18 000 16 000 14 000 GWh

12 000 10 000 8 000

Termelő ágak fogyasztás (GWh)

6 000

Háztartási fogyasztás (GWh)

4 000

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

0

1995

2 000

9.6. ábra. Nettó villamosenergia-fogyasztás termelői ágakra és a háztartásokra nézve, 1995 és 2010 között (A termelői ágakhoz tartozik: mezőgazdaság, vad-, erdő- és halgazdálkodás; bányászat; feldolgozóipar; villamosenergia-, gáz-, hő- és vízellátás; szállítás, raktározás, posta, távközlés; építőipar.) Forrás: [9.24]

307


9.3. A tartóvektor-gép módszer alkalmazása Az alábbiakban az ún. tartóvektor regressziós módszerrel vizsgáljuk meg, hogy a megújuló energiaforrások részaránya a teljes energiafogyasztáson belül hogyan függ az egy főre eső GDP-től, a GDP-ből kutatásra-fejlesztésre költött résztől, valamint az energiafogyasztást terhelő adó mértékétől, továbbá hogy a villamosenergia-fogyasztás hogyan függ az egy főre eső GDP-től és a villamos energia árától (a termelő szférában és a háztartások esetén). A vizsgálatban az alábbi függvénykapcsolatokat elemezzük: Független változók

Függő változó

1

K+F a GDP %-ában kifejezve

az energiafogyasztást terhelő adó

megújuló energiaforrások részaránya a teljes energiafogyasztáson belül

2

K+F a GDP %-ában kifejezve

egy főre eső GDP

megújuló energiaforrások részaránya a teljes energiafogyasztáson belül

3

a villamos energia ára

egy főre eső GDP

villamosenergia-fogyasztás

Bár a megújuló energiaforrásoknak a teljes energiafogyasztáson belüli részarányára három mennyiség hatását elemeztük, ebben az esetben is kétváltozós regressziót alkalmaztunk, mert a rendelkezésre álló adatok száma nem teszi lehetővé, hogy a három változótól való függés egyidejűleg megbízható módon meghatározható legyen. Mivel a vizsgált mennyiségek kapcsolatát leíró függvényekre vonatkozóan nem áll rendelkezésünkre a kapcsolat típusa (a függvényosztály, melyből a keresett függvény származik), ún. nem-paraméteres regressziós elemzési módszert, ezen belül az ún. tartóvektorgép módszert alkalmaztuk, mely kellően rugalmas az adatok közti kapcsolatok feltárására. A nem-paraméteres regressziós (simítási) módszerek fejlődése a statisztikában abból a felismerésből ered, hogy a tisztán elméleti parametrikus gondolkodás a függvényközelítés terén nem elégíti ki az adatelemzésekben jelentkező flexibilitási igényt, ezzel párhuzamosan pedig a számítástechnikai eszközök lehetővé tették a nagy számolási igényű algoritmusok elfogadható időn belüli lefutását [9.25]. A paraméteres megközelítésben a keresett függvény valamely osztályba tartozik (például polinom, ahol az együtthatók a paraméterek), a másik esetben a függvény formájára vonatkozóan nincs előzetes információnk vagy feltételezésünk. A paraméteres regressziós modellben hallgatólagosan feltételezzük, hogy a keresett függvény pontosan előállítható egy megadott formában, de legalábbis a hiba alatta marad egy elvárt értéknek. Ezzel szemben a nem-parametrikus modellekben nincs ilyen jellegű szigorú megkötés. A parametrikus modellek sok esetben túlságosan rugalmatlannak bizonyulnak előre meghatározatlan összefüggések kezelésére, elemzésére, és „szokatlan bemenetek” kezelésére. Míg a nem-paraméteres modellek előnye, hogy lehetőséget teremtenek a kapcsolat felfedező jellegű feltárására, pontos modellalkotás nélkül képes a függvényértékek becslésére. Mindkét modellnek vannak hátrányai is. A paraméteres regressziós modellben sok esetben igen jelentős hibával kell számolnunk, míg a nem-paramétermentes modellek a valóságostól nagyon eltérő függvényt eredményezhetnek, illetve az eredmény nagy változékonyságot mutat a felhasználó által beállított értékek függvényében. 308

9.3. A tartóvektor-gép módszer alkalmazása

A 9.3.1. pontban röviden összefoglaljuk a módszer alapgondolatait és motivációját, majd a 9.3.2.–9.3.4. pontokban bemutatjuk a megújuló energiaforrások részarányára, illetve a villamosenergia-fogyasztásra vonatkozó vizsgálatok eredményét. Itt elsősorban a kapott függvénykapcsolatokat hangsúlyozzuk, és azt, hogy ezek ismeretében további elemzések is lehetővé válnak.

9.3.1. Regresszió a tartóvektor-gép módszerrel A tartóvektor-gép (Support Vector Machine, SVM) módszer a gépi tanulás, tágabb értelemben pedig a mesterséges intelligencia területéhez tartozik, és szoros kapcsolatban van a neurális hálókkal. A tartóvektor-gép fogalmát 1992-ben vezette be Boser, Guyon és Vapnik a COLT-92 konferencián osztályozási és regressziós feladatok megoldására. A módszer első sikeres alkalmazása az írásjelek felismerése volt, ezt követték az arc-, illetve általában az alak-felismerési, és a regresszióra visszavezethető alkalmazások. A neurális hálózatok fogalmának megalkotása óta számos területen beigazolódott, hogy bizonyos feladattípusok esetén használhatóbb eredményre vezet, mint a „hagyományos” algoritmikus számolási módok. A neurális rendszerek taníthatók, amin azt értjük, hogy adott mintázatokra való helyes reagálás megadásával (tanítással) elérhető, hogy a rendszer egy új (számára ismeretlen) mintázatot „látva” azt nagy valószínűséggel megfelelően értékelje, és arra helyesen reagáljon. A tanuló rendszerek alkalmazása elsősorban akkor indokolt, ha nem ismert algoritmikus megoldás (nem lehetséges, vagy túlságosan költséges ilyet megalkotni), de akkor is célszerű az alkalmazás, ha ismert ugyan megoldó algoritmus, de túlságosan bonyolult vagy időigényes. Ilyen feladatok bőségesen találhatók a gazdasági, a társadalomtudományi és a műszaki területen egyaránt. Közös ezekben, hogy általában sok mennyiség (adat) összefüggését kell egyidejűleg vizsgálni, másrészt az, hogy a kapcsolat képletszerű megadását lehetővé tevő modell bonyolult, a megoldás nehéz, vagy esetleg lehetetlen lenne. (Ilyen esetekben gyakori hiba, hogy a megoldhatóság érdekében a modellt túlzottan leegyszerűsítik, ami jelentős információveszteséget eredményezhet). A neurális hálózatok tanulásra képes információ-feldolgozó eszközök. A neurális hálózatok használatakor tanulási és előhívási fázisról beszélhetünk. A tanuló fázis sokszor hosszú, iteratív folyamat, de mivel teljesen vagy részben elkülönül az alkalmazástól, a betanított rendszer pedig már gyorsan képes reagálni, a neurális hálózatok alkalmasak bonyolult rendszerek valós idejű modellezésére, például szabályozási folyamatokban. Gondoljunk egyszerűen egy arcfelismerésen alapuló belépető rendszerre. Nem mindegy, hogy 5 másodpercet vagy 5 percet kell várni a gép döntésére. A neurális hálók súlyozott összegzések (lineáris leképezések) és nemlineáris transzformációk rendszere. A rendszer bemenete és kimenete között a hálózat által megvalósított kapcsolatot a súlyok, és a nemlineáris transzformációk paramétereinek célszerű megválasztásával, valamilyen optimalizálási eljárással kapjuk. A neurális hálózatok összeköttetések halmaza, melyben a jelek a hálózat bemenetétől a kimenete felé haladnak. Matematikailag a neurális hálózatok struktúrája irá309


nyított gráffal jellemezhető. Az adatok a bemenet és a kimenet között több ún. rétegen „haladnak” keresztül. Ezek a közbenső rétegek általában rejtve maradnak abban az értelemben, hogy a háló működtetése közben nem kell azzal törődni, hogy a bemeneti adatokból pontosan milyen értékek vannak származtatva ezekben a rétegekben. A neurális hálók gyakorlatilag tetszőleges leképezést meg tudnak valósítani (közelíteni). Ez a képesség kiválóan kamatoztatható számos mérnöki és gazdasági számításban eszközként, ahol általában nem maga a kapcsolat leírása a lényeges, hanem az azzal való további számítás lehetősége, meghatározott pontossági követelményeket kielégítve. Így például a neurális hálózatok sikeresen alkalmazhatók optimalizálási feladatok közelítő megoldásában is. A tanuló rendszer jellemzője, hogy a környezetből jövő információk alapján folyamatosan javítja a működését. A működés egyes esetekben arra irányul, hogy adott bemenetekre a rendszer kívánt válaszokat adjon, máskor az a fontos, hogy a rendszer képes legyen a bemenetekben megjelenő adathalmazról valamilyen ítéletet alkotni, például szabályosságot, hasonlóságot vagy különbözőséget feltárni. Az illesztési feladatok esetén alappontok (bemenet-kimenet párok, tanulópontok) adottak, és keresendő egy függvény, melynek nincs rögzítve az „alakja” (osztálya), és amely valamilyen értelemben a legjobban közelíti a tanulópontokat. A függvény megtalálásának módja hasonlatos a statisztika becsléseknél alkalmazott technikákhoz. A neurális hálókat legtöbbször osztályozási és regressziós, illetve ilyenekre visszavezethető feladatokra használjuk. Bár a két feladattípus látszólag nagyon eltér, a hibafüggvény speciális megválasztásával a regressziós feladatok végső soron osztályozássá válnak. A tanuló rendszerek feladata, hogy a tanulás során használt kapcsolatoktól különböző bemenetekre megfelelő választ tudjanak adni. Ezt a képességet szokás általánosító képességnek nevezni. Az a rendszer használható hatékonyabban, melynek az általánosító képessége nagyobb, azaz több bemenetre ad helyes választ. Egy n dimenziós ponthalmazra vonatkozó osztályozási feladatban (melyben a pontok kétféle tulajdonságúak, más szóval kétféle címkéjük lehet) olyan n–1 dimenziós „felületet” kell meghatározni, melynek egyik oldalán az egyik tulajdonságú, a másik oldalán a másik tulajdonságú pontok vannak. A legegyszerűbben kezelhető eset, amikor az elválasztó felület ún. hipersík (lineáris osztályozási feladat), a gyakorlatban azonban a nemlineáris elválasztási problémák jellemzőek. Az osztályozási feladatoknál két ellentétes szempontot kell figyelembe venni: az egyik az, hogy a függvény a lehető legegyszerűbb és legsimább legyen, a másik az, hogy az elválasztás a lehető legtökéletesebb legyen. A két szempont közti kompromisszum eredménye általában az, hogy bizonyos pontok esetén megengedjük, hogy „rossz” oldalon legyenek annak érdekében, hogy jobb tulajdonságú elválasztó felületet kapjunk. Az osztályozási és a regressziós feladatok megoldására alkalmazott tartóvektor-gép algoritmusok két alapvető gondolata a megoldás hibájának definiálása, és a „rosszul” osztályozott („rossz” oldalon levő pontok) kezelése. Míg a klasszikus regressziós modellekben általában az átlagos négyzetes eltérést minimalizáljuk, addig az SVM modellben a Vapnik által bevezetett ε-érzéketlenségi sávval rendelkező abszolút érték 310


hibafüggvényt használjuk [9.26]. Ennek lényege, hogy egy rögzített pozitív e-nál kisebb abszolút eltérés esetén a hibát 0-nak vesszük, különben pedig az abszolút eltérést tekintjük a hiba mértékének. Ezzel gyakorlatilag két osztályba soroljuk a pontokat: ha rögzítünk egy hiperfelületet és egy e értéket, akkor a pontok egyik része a felülettől e-nál közelebb, a másik része e-nál távolabb van (a pontosan e távolságra lévő pontokat a két osztály valamelyikébe besoroljuk). Kis e érték arra készteti a modellt, hogy a hiperfelület a tanulópontok közelében haladjon. Ha az adataink szóródnak („zajosak”), akkor nagyobb e értékkel elérhetjük, hogy a felület simábban halad, nem változik hektikusan. Azt, hogy egy pont ne megfelelően legyen osztályozva, ún. gyengítő változó bevezetésével lehet engedélyezni, és egy C – ún. büntető – paraméter alkalmazásával lehet szabályozni [9.27]. A rosszul osztályozáshoz rendelt érték megjelenik a célfüggvényben, és az optimalizálás folyamatában a hiperfelület úgy határozódik meg, hogy egyfajta egyensúly áll be a függvény simasága és a rosszul osztályozás között. A kompromisszum a C megválasztásával állítható be. Ha a C értéke nulla, akkor megköveteljük a pontos osztályozást. Ha C nem nulla, akkor működésbe lép egy büntető tag a célfüggvényben. Ha a C értéke kicsi, akkor megengedőek vagyunk a hibás osztályozással szemben, így simább függvényt kapunk, míg nagy C érték esetén a felületnek szigorúbban kell követni a pontokat, így gyorsan változó függvény adódik. Szélsőséges esetben a hiperfelület gyors változása olyan mértékűvé válhat, hogy a regressziós függvény használhatatlan lesz. Az e és a C értékeket szokás hiperparamétereknek nevezni. Ezeket a felhasználó állítja be. A hiperparaméterek megválasztása befolyásolja az algoritmussal kapott eredményt, így kérdés, hogy a hiperparamétereket hogyan célszerű megválasztani. Erre vonatkozóan külön számolási eljárások vannak. A nemlineáris osztályozási és regressziós feladatok megoldási elve a kiinduló adatok egy transzformációját feltételezi, ami lineárissá teszi a problémát olyan módon, hogy a leképezés egy – az eredetihez képest – magas dimenziós térbe történik, ahol a lineáris szétválaszthatóság teljesül. A konkrét példához kapcsolódó transzformáció általában nem ismert, a gyakorlatban néhány „jól bevált” transzformációt alkalmaznak. A transzformációk ún. kernel függvényekkel vannak megadva. Leggyakrabban az ún. polinomiális és a radiális bázisú (pl. a Gauss féle) kernel függvényeket használják. A jelenlegi vizsgálatokban polinomiális kernel bizonyult a leghatékonyabbnak. A tartóvektor-gépek elméletének sarkalatos pontja, hogy a linearizáló transzformáció részleteivel nem kell törődnünk. Ki kell választani a használni kívánt kernel függvény típusát és rögzíteni kell a paramétereit az algoritmus futtatásához. Így az e és a C hiperparaméterek mellett ezek célszerű beállítása is külön feladat. A Vapnik-féle modellben valójában egy feltételes kvadratikus szélsőérték-feladatot kell megoldani, amire ismertek megoldási algoritmusok, ezek azonban nagy számolási igényűek, sok tanulópont esetén nem adnak megoldást elfogadható időn belül. A tartóvektor-gépek algoritmus-jellegzetessége (az elnevezés is erre utal), hogy a tanulópontoknak általában csak kis része határozza meg a hipersíkot, ezek a tartóvektorok. A tartóvektor-gépeknek sok változatát megalkották már annak megfelelően, hogy mit tartottak szem előtt: a tanítási folyamat időigényét, számolási igényét vagy a kapott 311


függvény hatékonyságát. Egyes módszerek a kvadratikus programozási feladat hatékonyabb (gyorsabb) megoldását teszik lehetővé például részfeladatokra bontással, de megtartják az eredeti gondolatmenetet. Mások módosítják a feladatot is: például a feltételes szélsőérték-feladat helyett egy ekvivalens feltétel nélküli feladatot oldanak meg, vagy redukálják a megoldandó feladat méretét. Az SVR algoritmust az R nyílt forráskódú szoftver E1072 csomagjával [9.28] [9.29] valósítottuk meg.

9.3.2. A megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolata a kutatási-fejlesztési kiadásokkal és az energiaadóval 15 európai ország esetén elemeztük a megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolatát az egy főre eső GDP-vel, a kutatási-fejlesztési kiadásokkal és az energiaadóval a 2004 és 2012 közötti összetartozó adatok alapján (9.7. ábra). Ebben a pontban a kutatási-fejlesztési kiadások és az energiaadó hatását vizsgáljuk. 350

adó (EUR/toe)

300 250 200 150 100 50 0

0

0,5

1

1,5 2 2,5 K + F (a GDP %-ában)

3

3,5

4

9.7. ábra. A tanulópontok

A számolást 213 tanulópontra alapoztuk, az alkalmazott polinomiális kernel: d K ( x,xi ) = ( a ⋅ x ⋅ xi + c0 ) . A legjobbnak bizonyult hiperparaméter-értékek: ε = 0,01, illetve C = 10; az optimális kernel paraméterei: a = 0,5, c0 = 0 és d = 3. A tartóvektorok száma 210. Ennek alapján a regressziós függvény értéke egy tetszőleges z bemenetre:

y (= z)

∑ (α n

i=1

i

)

− α i′ ⋅ ( 0,5 ⋅ z ⋅ xi ) . 3

A függvény által megvalósított leképezés a 9.8. ábrán látható. 312


70 Megújulók részaránya 50 a teljes energiafogyasztásból 30 (%) 10

300 250 200 0,5

1,0

150 1,5

2,0

adó (EUR/toe)

100 2,5

3,0 K + F (a GDP %-ában) 3,5

50

9.8. ábra. A megújuló energiaforrások részarányának a kutatási-fejlesztési kiadásokkal és az energiaadóval való kapcsolatát mutató regressziós felület

A szoftver a tanulópontok által meghatározott tartomány bármely pontjában megadja a regressziós függvény értékét, így lehetőség van bármely olyan számítás elvégzésére, ami a függvényértékeket igényli. Az alábbiakban azt elemezzük ábrák segítségével, hogy az alkalmazott modell alapján bizonyos kiválasztott értékek esetén a kutatási-fejlesztési kiadások és energiaadó mértékének változtatása milyen hatással van a megújulóenergia-felhasználásra.

Megújulók részaránya a teljes energiafogyasztásból (%)

14 13 12 11 10 9 8 7 0,6

0,7

0,8

0,9 1,1 1 K + F (a GDP %-ában)

1,2

1,3

1,4

9.9. ábra. A megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolata a kutatási-fejlesztési kiadásokkal, ahol az energiaadó 100 EUR/toe

313


A 9.9. és a 9.10. ábra a GDP 1%-át kitevő K+F-kiadás és 100 EUR/toe energiaadó mellett mutatja a függést a K+F-kiadásoktól, illetve az adótól. A 9.9. ábrán látható, hogy a K+F-kiadások növelése a megújuló energia részarányának jelentős növekedésével jár a vizsgált európai viszonyok közt, míg az adó változtatásának csekély a hatása. Megújulók részaránya a teljes energiafogyasztásból (%)

14 13 12 11 10 9 8 7

60

70

80

90

100

110

130

120

140

adó (EUR/toe) 9.10. ábra. A megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolata az energiaadóval, ahol a kutatási-fejlesztési kiadások a GDP 3%-át teszik ki


30 25 20 15 10 5 2,5

2,7

3,1 2,9 K + F (a GDP %-ában)

3,3

3,5


A 9.11. és a 9.12. ábra a GDP 3%-át kitevő K+F-kiadás és 100 EUR/toe energiaadó mellett mutatja a változás jellegét, míg a 9.13. és a 9.14. ábra a GDP 3%-át kitevő K+Fkiadás és 250 EUR/toe energiaadó esetét jellemzi. A kapott eredményekről megállapítható, hogy a megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részaránya, a kutatási-fejlesztési kiadások és az energiaadó között keresett kapcsolat felírható egy viszonylag egyszerű polinom kernel segítségével, ami kellő pontosságú közelítést valósít meg a tanulópontokban és az ellenőrző pontokban. A függvény menete (9.8. ábra) megfelel az előzetes elképzelésnek, és nem 314



30 25 20 15 10 5 60

70

80

90

110 100 adó (EUR/toe)

120

130

140

9.12. ábra. A megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolata az energiaadóval, ahol a kutatási-fejlesztési kiadások a GDP 3%-át teszik ki


35 30 25 20 15 10 2,5

2,7

3,1 2,9 K + F (a GDP %-ában)

3,3

3,5



35 30 25 20 15 10 150

200

250

300

350

adó (EUR/toe)

9.14. ábra. A megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolata az energiaadóval, ahol a kutatási-fejlesztési kiadások a GDP 3%-át teszik ki

315


mutat hektikusan változó formát annak ellenére, hogy a megújuló energiaforrások részaránya más tényezőtől is függ, és a vizsgált országok természeti és gazdasági jellemzői meglehetősen különbözőek. A vizsgálat eredménye azt sugallja, hogy a kutatási-fejlesztési kiadásoknak, és az energiaadónak jelentős szerepe van a megújuló energiaforrások felhasználására.

9.3.3. A megújuló energiaforrások teljes energiafogyasztáson belüli részarányának kapcsolata az egy főre eső GDP-vel, a GDP-ből kutatásra-fejlesztésre költött résszel A további vizsgáltok esetén csak a modell meghatározó paramétereit, valamint a regressziós függvény ábráját adjuk meg. A számolást 145 tanulópontra alapoztuk, az alkalmazott polinomiális kernel: d K ( x, xi ) = ( a ⋅ x ⋅ xi + c0 ) . A legjobbnak bizonyult hiperparaméter-értékek: ε = 0,1, illetve C = 1, az optimális kernel paraméterei: a = 0,5, c0 = 0 és d = 3. A tartóvektorok száma 125. Ennek alapján a regressziós függvény értéke egy tetszőleges z bemenetre: y (= z)

∑ (α n

i =1

i

)

− α i′ ⋅ ( 0,5 ⋅ z ⋅ xi ) − 0,216. 3

A függvény által megvalósított leképezés a 9.15. ábrán látható. Megújulók aránya a teljes energiafogyasztás %-ában 50 300

5 30 000

35 000

GDP/fő (USD)

40 000 1 45 000

9.15. ábra. A megújuló energiaforrások részarányának az egy főre eső GDP-vel és a kutatási-fejlesztési kiadásokkal való kapcsolatát mutató regressziós felület

316

5 K+F a GDP %-ában


9.3.4. A villamosenergia-fogyasztás kapcsolata az egy főre eső GDP-vel és a villamos energia árával Ebben a részben az 1995 és 2010 közötti magyarországi adatokat elemezzük. Az ár és a fogyasztási adatok a termelő szektorra és a háztartásokra egyaránt rendelkezésre álltak. A 9.16. ábra a termelő szektor, a 9.17. ábra a háztartások esetén mutatja a fogyasztás kapcsolatát az árral és az egy főre eső GDP-vel. Mindkét ábra csaknem sík felületet mutat, ami arra utal, hogy a kapcsolatok kétváltozós lineáris regresszióval is megfelelően elemezhetőek lennének.

23 22 21 20 Fogyasztás 19 (1000 GWh) 18 17 16

100

15 5

110 10

120 15

20

130 25

ár (Ft/kWh)

30

140 GDP/fő (1995 = 100%)

35

9.16. ábra. A villamosenergia-fogyasztás kapcsolata az egy főre eső GDP-vel és a villamos energia árával a termelő szektorban

A termelő szféra és a háztartások esetén egyaránt 16 tanulóponttal számoltunk, melyek közül 13, illetve 16 szerepelt tartóvektorként. Az optimális hiperparaméterek a termelő szektor esetén ε = 0,1 és C = 100, míg a háztartások esetén ε = 0,01 és C = 10. A regressziós függvény mindkét esetben

y (= z)

∑ (α n

i=1

i

)

− α i′ ⋅ ( 0,5 ⋅ z ⋅ xi )

alakú, ami szintén megerősíti, hogy a kapcsolat jó közelítéssel lineáris. 317


12 Fogyasztás 11 (1000 GWh) 10 100

9 10

110 15

120 20

25

ár (Ft/kWh)

130 30

140

GDP/fő (1995 = 100%)

9.17. ábra. A villamosenergia-fogyasztás kapcsolata az egy főre eső GDP-vel és a villamos energia árával a háztartások esetén

A 9.3.3. és a 9.3.4. pontokban bemutatott eredmények alapján megállapítható, hogy az SVR modell sikeresen alkalmazható a függvénykapcsolat feltárására, emellett a technikai megvalósítás – a szükséges ismeretek megszerzése után – gyors és bárki számára elérhető, hiszen a szoftver szabadon használható és fejleszthető [9.28] [9.29].

9.4. Költségoptimalizálás Európában a legnagyobb energiafogyasztást és a szorosan az épületekhez kapcsolódó üvegházhatást okozó gázok (CO2) kibocsátásáért az épületek vonhatóak felelőségre, ezért kulcsfontosságú ezt a területet vizsgálni. Az építőipari szektorban jelentős szerepet kapott a költséghatékony energia- és a CO2-kibocsátások csökkentésére irányzott törekvések. Ennek érdekében egy alacsony szén-dioxid-kibocsátású társadalom és ehhez megfelelő ösztönző rendszerek kialakítása szükséges. Az elmúlt évtizedben az Európai Unió épületpolitikája esetében nőtt az alkalmazási terület és a lefedettség, illetve az integrált megközelítés, mindezek mellett figyelembe véve az energia, a környezetvédelem, a pénzügyi és a kényelem vonatkozásait is. Az Európai Unió által kidolgozott épületenergetikai irányelv alapján az épületek esetében figyelembe kell venni az épületek energiateljesítményét, az irányelvben megfogalmazott követelmények alapján ki kell alakítani egy költségoptimális módszert figyelembe véve az épület élettartama költségeit. A költségoptimális módszer bevezetésének – az első alkalommal – előfeltétele, hogy ki kell alakítani az épületek jövőbeli energiateljesítményre vonatkozó globális költségeit, így az épületek követelményeinek értékelése többé nem köthető csak a beruházási költségekhez, viszont emellett figyelembe veszi a működési, a karbantartási, és az energiatakarékos épületek költségeit is. 318

9.4. Költségoptimalizálás

A költségoptimalizálási felhatalmazáson alapuló rendeleti bizottság kialakította az összehasonlító keretrendszert a költségoptimális szintű minimális energiateljesítményű épületek és építési elemeket meghatározására.

9.4.1. A költségoptimalizálási módszer bemutatása A költségoptimalizálás szintjének elérése érdekében nélkülözhetetlen az energiateljesítményekre vonatkozó minimumkövetelmények meghatározása az épületekre, vagy az épületegységekre nézve. A költség optimalizálási szintet úgy határozzuk meg, mint az energiateljesítmény szintjét, ami a legalacsonyabb költség a becsült gazdasági életciklus folyamán. Ennek a szintnek a meghatározásához számításba kell venni egy sor költséget, többek között a beruházási, a karbantartási, az üzemeltetési költségeket, illetve az energiamegtakarítást. Ez alapján meghatározható a költés-optimum fogalma, mely intézkedést vagy komplex intézkedéscsomagot és az általa elért energetikai jellemzőt nevezi optimumnak, amely 20–30 éves vizsgált peridus alatt a lehető legalacsonyabb építési és fűtési-üzemeltetési költségösszeget eredményezi. A költségoptimális módszertani követelményeknek az Európai CEN szabványokon kell alapulniuk. Ugyan a költséghatékonyság és költségoptimalizálás fogalmak kapcsolódnak egymáshoz, mégis különböző fogalmak. Mindkettő a költségek összehasonlítására és a megtakarításokra irányul, ebben az esetben azonban a minimális energiahatékonyságra vonatkozó követelmények meghatározására vonatkozik. Általában az intézkedés vagy intézkedési csomag költséghatékony, ha a végrehajtás ára alacsonyabb, mint a várható élettartama. A jövőbeni költségek és a megtakarítások diszkontáltak, melynek végeredménye a nettó jelenérték. Ha a nettó jelenérték pozitív (NPV>0), a művelet költséghatékony. A művelet vagy azok kombinációi maximalizálják a nettó jelenértéket, ami a költség optimalizálás művelete.

Összköltség

Befizetések + karbantartás + működési költségek

Költséghatékony megoldások Évek Költségoptimális megoldások

9.18. ábra. A költségoptimalizálás és költséghatékonyság közötti kapcsolat Forrás: [9.30]

319


A költségoptimalizálást aránylag egyszerű megállapítani, ugyanis pontosan meghatározott feltételek mellett pontosan meghatározható (pl. a csővezeték üzemi optimális szigetelés vastagsága állandó hőmérsékleten állandó környezetben). A költségoptimalizálási szint származtatása: A költségoptimum egy tartományban jelöli meg érvényességét, nem minden esetben lehet egy intézkedéscsomagot hozzárendelni. A költségoptimum azonosításához fontos, hogy a Triace Energetica elvét alkalmazzuk, mely a következő három lépésbőll áll: 1. Csökkenti az energia iránti keresletet a pazarlások elkerülésével és az energiamegtakarítási intézkedések végrehajtásával; 2. Használja a fenntartható energiaforrásokat, mint a szél, a nap, a víz és a talaj; 3. Használja a fosszilis energiát a lehető leghatékonyabban, és csak akkor, ha a fenntartható energiaforrások nem állnak rendelkezésre.

Csökkentett energiaigény

Fenntartható energiaforrások használata

Fosszilis anyagok hatékony használata

9.19. ábra. Triace Energetica lépései Forrás: [9.31]

Költségszámítási terv: A költséghatékonyság és a költségoptimalizálás két perspektívája a makroökonómiai és a mikroökonómiai nézőpont. A makrogazdasági számítási szintek tartalmazzák a CO2-kibocsátás költségeit, illetve az adókat és támogatásokat. A diszkontráta makrogazdasági számítása után meg kell határozni egy érzékenységi elemzést, melynek legalább két különböző értéke van, az egyik a minimum 3%-os érték, melyet a Költség Optimalizálási Bizottság állított fel. Referenciaépületek lehetnek: A referenciaépületek esetében meghatározó a funkcionalitás és a földrajzi elhelyezkedés, beleértve a beltéri és kültéri éghajlati viszonyokat. A referenciaépületeknek ki kell terjedniük a lakó- és nem lakóépület építésére, az újakra és a már meglévőkre egyaránt. A referenciaépületek a következők lehetnek: ◆ családi házak, ◆ lakótömbök, ◆ irodák, ◆ oktatási épületek, ◆ kórházak, 320


◆ szállodák és éttermek, ◆ nagy- és kiskereskedelmi szolgáltató épületek, ◆ más típusú energiafogyasztó épületek, ◆ sportolásra alkalmas épületek. Meglévő épületállomány: A meglévő épületállomány energetikai vizsgálata és fejlesztésére is nagy hangsúlyt kell fektetni. Számos fejlesztés irányul a meglévő épületek felújítására. Ezért nagyon fontos a költségoptimalizálási számítás elvégzése minden egyes projekt esetében, hiszen ezek kiindulópontként szolgálhatnak a teljes folyamat feltérképezésére, illetve költségvetésének meghatározására. A végrehajtás költségoptimalizálási folyamata: A teljes folyamatról értékelést és jelentést kell készíteni, hogy meg lehessen határozni a költség szinteket az épületek energiahatékonyságának növelése érdekében. A költségek-optimalizálásának a referenciaépületek és az alkalmazott intézkedéscsomagok meghatározásával kezdődik. Ezután költségoptimalizálási számítás révén intézkedéscsomagok kidolgozása lehetséges, mind az energiateljesítmény, mind a pénzügyi teljesítmény szempontjából. Az energiateljesítmény meghatározásához további számítások szükségesek, amely esetében figyelembe kell venni a nemzetközi szabványok (pl: CEN / TR 15615:2008) útmutatását, melyek keretet biztosítanak a megfelelő számítások elvégzéséhez (pl: éghajlat klíma, energetikai rendszerek teljesítménye). A másik keretrendszert a pénzügyi rész alkotja. Idetartoznak az intézkedési csomagok kombinációja, a globális költségszámítási módszerek, mely szintén európai szabványokon alapul (EN 15459). E számítás eredménye diszkontált értékben határozza meg az összköltséget. Az energiaköltségek számítása eredményezi az energiahatékonyságokra vonatkozó számításokat. A számítási beruházások bementi adatai a következők: beruházás, üzemeltetési és áramtalanítási költségek, diszkontráták, energiaárak, az anyagok és eszközök élettartama. A költséggörbe mutatja az értékelt kombinációkat az energia- és a pénzügyi teljesítmény szempontjából, amit a gazdasági optimum segítségével lehet levezetni. A kapcsolatot a jelenlegi előírásokkal és a költségoptimális pontok között is meg kell ismételni, és rendszeresen benyújtani a Bizottság részére (időközzel legfeljebb öt év), és fel lehet használni arra is, hogy frissítse követelményeket. A hosszú távú környezetvédelmi célok is beépülnek egy új számítási és értékelési folyamatba. Ez az elemzés alkalmas lehet nemzeti irányító eszköznek, mely segítségével jobb keretfeltételek megteremtését tenné lehetővé, mely magában foglalja az anyagok hatékonyabb csoportosítását, illetve hatékonyabb technológiákat és építési technikák bevezetését. Ebben az esetben a végrehajtási költségoptimum-számítás még inkább hasznos, mivel a számítás révén nem csupán a konkrét értékelési, építési szabályzatok követelményeit határozza meg, hanem formálja a jövőbeni építési politikát mind közép-, mind hosszú távon. 321


Referenciaépületek meghatározása (új és meglévő épületek) Energiahatékonysági intézkedési csomag meghatározása Keretfeltételek: klíma, geometria, rendszer teljesítménye stb. Intézkedési csomag célja az energiahatékonyság számítása

Az intézkedési csomagok energiahatékonysági áttekintése

Keretfeltételek: beruházás költsége, kamatok, energiaárak stb. Leadott energia

Intézkedési csomag célja a költséghatékonyság számítása (nettó jelen érték)

Az intézkedési csomagok költséghatékonysági áttekintése

Gazdasági optimum

Összehasonlítás

Összehasonlítás

Jelenlegi minimum követelmények

Környezetvédelmi célok (Közel nulla energiafelhasználású épületek 2020-ra

A keretfeltételek fejlődése

Új cél

Új minimumkövetelmények

Frissítés/ jelentési ciklus

9.20. ábra. A költségoptimális módszer végrehajtási lépései Forrás: [9.30]

9.4.2. Költségoptimalizálás, majdnem nulla energiával működő épületek és a hosszú távú éghajlat- és energiapolitikai célok 2013-tól a tagállamokban az energiahatékonyságra vonatkozó rendelet érvénybelépése miatt az új épületek esetében javasolttá vált a költségoptimum-módszer alkalmazása, mely révén eljuthatnak a tagállamok a nulla energiaigényű épületekhez. A költségoptimalizálási módszer segítségével hosszú távon a széntelenítés elérésére törekszik, ugyanis a 2050-es cél a CO2-kibocsátás csökkentése, melynek végső célja a szén-dioxid-kibocsátású épületek közel nullára csökkentése. Azonban ez önmagában nem cél, az össz-energiafelhasználás csökkentése a végső cél. 322


Ennek megfelelően a költségoptimalizálási módszer révén az épületek CO2kibocsátása mellé az energiafogyasztás csökkentése társul, mely figyelembe veszi a kapcsolódó költségmegtakarítást, mind makro-, mind mikrogazdasági szinten. A költségoptimum végrehajtása lehetővé teszi a meglévő hiányosságok feltárását, melyekkel foglalkozni kell a következő években. A szigetelési és a fűtési változatok értékelési csomagjainak kialakítására a költségoptimális módszer alkalmas, illetve a hiányosságok feltárására is alkalmas, melyek a következők (9.21. ábra): ◆ A pénzügyi rés, azaz a tényleges költségek közötti különbség a költségoptimalizálás és a közel nulla energiafelhasználású épületek között. ◆ Energiateljesítmény-különbség, vagyis a különbség a primerenergia-igényben a költséghatékony optimalizálás és a közel nulla energiafelhasználású épületek között. ◆ Környezetvédelmi rés, azaz a különbség a kapcsolódó CO2-kibocsátás elsődleges energiaszükségletének költségoptimalizálás és a közel nulla energiafelhasználású épületek szintjén, az utóbbi célja a közel nulla szén-dioxid-kibocsátás (vagy <3 kg CO2/m2/év), annak érdekében, hogy összhangban legyen a 2050-es dekarbonizációs célokkal az EU-ban.

Összköltség (euró/m2)

pénzügyi rés KNEFÉ-C-O

KNEFÉ szintek

energiaszükséglet és környezeti rés költségoptimalizálási szint

pénzügyi rés aktuális követelmény KNEFÉ pénzügyi rés a költségoptimalizáláshoz

jelen követelmény

Primer energiaigény (kWh/m2/yr) 9.21. ábra. Költségoptimalizálás és közel nulla energiafelhasználású épületek hiányosságai (Példa a pénzügyi, energia- és környezetvédelmi hiányosságok között a jelenlegi és a költségek szempontjából optimális követelmények és a közel nulla energiafelhasználású épületek szintjén.) Forrás: [9.30]

9.4.3. Uniós követelmények – magyar törekvések Az Európai Unió szabályozása Magyarországot is érinti. Az Európai Unió által kidolgozott épületenergetikai irányelv alapján hazánkban is megvalósításra kerültek, illetve folyamatban vannak az épületek ez irányú fejlesztései. Az EU által felállított követelményeknek 5 éven belül meg kell felelni, különös tekintettel a költségoptimum 323


szintre. Az EU-szabályozások 15% eltérést engednek meg az optimumszinthez képest, így mind a hőátbocsátási tényezők, mind pedig az összesített energetikai jellemzők tekintetében. 9.1. táblázat. Hőátbocsátási tényező követelmény Hőátbocsátási tényező követelmény és az ahhoz szükséges hőszigetelés-vastagság λ = 0,04 W/mK esetén Jelen követelmény

Fontosabb épületszerkezetek

Költségoptimum

2006

Közel nulla

2015

2019

U (W/m2K)

d (cm)

U (W/m2K)

d (cm)

U (W/m2K)

d (cm)

Homlokzat fal

0,45

7

0,24

16

0,2

20

Tető

0,25

15

0,17

24

0,14

30

Fa, PVC üvegezett nyílászáró

1,6

–

1,15

–

1

–

Homlokzati üvegfal, függönyfal

1,5

–

1,4

–

1,3

–

Homlokzati, vagy fütött és fűtetlen terek közötti ajtó

1,8

–

1,45

–

1,3

–

Talajon fekvő padló (új épületeknél)

0,5

6

0,3

12

0,25

15

Forrás: [9.31]

Az EU szabályozása kitér az épületenergetikai pályázatok költségoptimum szinten történő meghatározásáról is. Ennek megfelelően a kormány határozatot fogadott el 1246/2013 (IV. 30.) számon, amelyben előírja, hogy a 2015-től a középületek és a pályázatok; és a 2018-tól minden egyéb a 7/2006 (V. 24.) TNM rendelet hatálya alá eső épületet költségoptimum szinten kell építeni, illetve felújítani. Az alábbi táblázat a rendeletben foglalt követelményeket foglalja röviden össze [9.31]. 9.2. táblázat. A fajlagos hőveszteség tényezőre vonatkozó követelmények értékei Fajlagos hőveszteség tényezőre vonatkozó követelményérték (W/m3K) Jelen követelmény

Költségoptimum

2006

2015

<0,3

0,200

0,160

<0,3

0,120

>1,3

0,580

0,430

>1,0

0,281

A/V

A/V

Közel nulla 2019

Forrás: [9.31]

A költségoptimum szintre hozott követelményektől függetlenül történik a közel nulla szintű energetikai követelmények meghatározása. Ugyanakkor a várható közel nulla szintű követelményeket az összesített energetikai jellemző tekintetében a költségoptimum szinthez kellett igazítani. A kutatás során a Debreceni Egyetem szak324


emberei javasolták az abszolút költségoptimum szint kiterjesztését oly módon, hogy a globális költségek ne haladják meg az abszolút optimum 10 százalékát. A 2019-es 2021-es követelmények megállapításához e módszer segítségével energiahatékonyabb intézkedéseket kerülhetnek kiválasztásra, melyek a várható közel nulla követelményértékeket is tartalmazza [9.31]. 9.3. táblázat. Összesített energetikai jellemző követelmény Összesített energetikai jellemző követelmény (kWh/m2a) nemzeti referenciaérték Funkció

Lakó Iroda Oktató

A/V <0,3

Jelen követelmény

Költségoptimum

2006

2015

110

110

A/V

Közel nulla meglévő épületre

Közel nulla új épületre

2019 <0,3

100

55

>1,3

230

140

>1,0

100

75

<0,3

132

132

<0,3

100*

85

>1,3

260

160

>1,0

100*

102

<0,3

90

90

<0,3

85

50

>1,3

254

150

>1,0

85

60

* klimatizálatlan irodára, ugyanakkor klimatizáltra 120 kWh/m2a. Forrás: [9.31]

A nagyobb energiahatékonyságot eredményező épületenergetikai követelmények nem lesznek ugyan azonnal kötelezőek, de az épületüzemeltetők jól felfogott érdeke, azonban a követelményeknek való megfelelés érdekében kívánatos, hogy az épületet már ma is legalább költségoptimum szinten építsék vagy újítsák fel. Akik korszerű épületet szeretnének, azoknak minél előbb célszerű legalább a kormányhatározatban megállapított költségoptimum szintet elérni [9.31]. Magyarország jelentéseit a költségoptimum elemzéséről és a közel nulla követelményről az Európai Bizottság véleményezni fogja. Nemzeti stratégia készül az épületek energiahatékonyságának javítására a költségoptimum szint figyelembevételével. Legkésőbb 5 év múlva a most meghatározásra kerülő követelményeket újra felül kell vizsgálni az akkori energiaárak és építési költségek figyelembevételével [9.31].

9.4.4. Egy általános iskola rekonstrukciója – esettanulmány A megújuló energiák abszolút felhasználásának és részarányának növelése egyaránt stratégiai prioritásként kezelendő, tekintettel arra, hogy Magyarország energiafelhasználásában részarányuk jelenleg viszonylag alacsony, és emellett a hazai fosszilis energiahordozó-készlet és -termelés is korlátozott, így az ország importfüggősége az elsődleges (primer) energiahordozók (uránérc, földgáz, kőolaj) tekintetében nagyon magas, meghaladja a hazai energiaszükséglet 75%-át. 325


Az általános iskola a település egyik legjelentősebb intézménye. A 2000. szeptemberében befejeződött, közel 100 millió forintos iskolarekonstrukció során négy tanteremmel, egy művészeti kabinettel, a közösségi élet színterének helyt adó aulával, valamint a tornacsarnokot és az iskolaépületet összekötő folyosóval bővült az iskola. Az elkészült épület „Építészeti nívódíjat” kapott. Az eddigi fejlesztések az iskola tevékenységi körének bővítését, az oktatás és a tanulás körülményeinek javítását-fejlesztését szolgálták. Az iskola fűtését eredetileg egy 30 éves Thermo max 100 kW-os és egy 90 kW-os kazán látta el. Az elmúlt (2010–2011-es) fűtési szezonban azonban a 90 kW-os kazán meghibásodott, melynek javítását a tulajdonos már nem látta célszerűnek, ezért, egyszerűbbnek és célravezetőbbnek tűnt, egy új kazán beszerzése. Az új kazán beszerzésével és üzembe helyezésével kapcsolatosan azonban szükséges lenne a teljes hőközponti rekonstrukció is. Eredetileg az iskola és a tornaterem fűtése az említett kazánokkal egy hőközpontból volt megoldva. A meghibásodás után azonban gyorsan kellett cselekedni, az üzemeltetőnek nem volt lehetősége a megfelelő méretű, és teljesítményű kazán beszerzésére, ezért átmenetileg a tornaterem fűtési rendszere leválasztásra került a hőközpontról és itt a fűtést egy 35 kW-os kis kazánnal oldották meg. Az így kialakult új helyzet szerinti fűtési teljesítmény azonban a nagyobb hidegekben (tartósan 0 °C alatti külső hőmérséklet esetén) nem volt elegendő az épület fűtésére. Ez abban nyilvánult meg, hogy a tornateremben az ideális 18–20 °C helyett, csak 14–16 °C-ot lehetet elérni, a tantermekben pedig a 21–23 °C helyett, csak 19–21 °C-ot mértek. A hőközponti felújítást több hiányosság is időszerűvé tette. A fűtési rendszer beszabályozatlan, a keringtetett fűtővíz hőmérséklete minden szabályozás nélkül megy az épületbe. A fűtővíz hőmérsékletét kézzel, a kazánon (kazánokon) állítják be. A kazán működése (ki- és bekapcsolása) szintén folyamatos emberi felügyelettel valósult meg. A felsorolt okok sok esetben (még az eredeti kazánteljesítmény esetén) az épület túlfűtését, így indokolatlan energia- és ezzel egyenértékű, szintén indokolatlan fűtési költség felhasználást eredményezett. Az iskola hőközponti berendezései használhatatlanná váltak, a fűtés biztonságos ellátására, és az üzemeltetési feltételek biztosítására megoldást kell találni. Az iskolát üzemeltető önkormányzat már korábbi pályázat keretében az épület rekonstrukcióját elvégezte, ezt bizonyítja az is, hogy az iskolaépület hőmegtartó képessége sok hasonló korú és funkciójú épülettel ellentétben megfelel, a 7/2006 TNM rendeletben előírt, az épület(ek) fajlagos hőveszteség tényezőjére vonatkozó követelményértéknek. A megfelelésből adódik, hogy az épület hőszigeteléssel és megfelelő nyílászárókkal rendelkezik. Az iskolaépület fajlagos hőveszteség tényezőjének meghatározását is elvégeztük, valamint meghatározásra kerültek az üzemeltetési költségek is. Az iskola energiafelhasználása három részre tagolható: 1. Az iskolaépület és a tornaterem fűtése. 2. A mosdók-zuhanyzók használatimelegvíz-ellátása. 3. A világítási és egyéb berendezések működtetéséhez szükséges elektromosenergia-felhasználás. 326


Az iskolaépület és a tornaterem fűtésének energiafelhasználása: Az iskolaépület és a tornaterem fűtése: Az iskola fűtése a fejlesztés előtti állapot szerint gázkazánokkal történik. A gázkazánok az iskola épületének hőközpontjában vannak elhelyezve. Ebből a hőközpontból keringtető szivattyúk juttatják a fűtővizet az iskola esetében a radiátoros fűtési rendszerbe, a tornaterem esetében pedig a légfűtés kalorifereihez. Fejlesztés előtti állapot szerint az iskolaépület fűtését egy 27 éves ETI 100 kW-os és egy Termotéka 25 kW-os gázkazán biztosítja. A 25 kW-os Termotéka kazán az eredeti 90 kW-os kazán helyett került beépítésre, ugyan is ez utóbbi az elmúlt fűtési szezonban használhatatlanná és javíthatatlanná vált. A fejlesztés előtti állapot így minden szempontból szükségmegoldásnak tekinthető. Az iskola fejlesztés előtti állapot szerinti hőtermelő berendezései bármikor használhatatlanná válhattak, emellett a kazánok üzemeltetési költségei az indokoltnál magasabb plusz kiadást jelentettek. Ez a nem megfelelő fűtési teljesítmények következménye. Az iskola világítása az energiafelhasználás másik nagy területe. A fejlesztés előtti állapot szerinti villamos energiafogyasztást elemezve megállapítható, hogy a felhasználás átlagos, azonban költségvetési intézményről lévén szó minden kiadásnak több helye lenne. A fejlesztés: Az iskola és a tornaterem fűtésének biztosítására faforgács-tüzelésű kazán került beépítésre, a villamosenergia-felhasználás csökkentését a hálózatra kapcsolódó napelemes rendszer telepítésével valósították meg. Tornaterem fűtési kör Faaprítéktároló

Faaprítéktüzelésű kazán

Külső hőmérséklettől függő fűtővízhőmérsékletszabályozás

Iskolaépület fűtési kör

Fűtési puffertárolók

9.22. ábra. A tervezett faapríték-tüzelésű kazánnal épített hőközpont kialakítása (elvi ábra) Forrás: [9.33]

327


Azzal, hogy a földgáz helyett faforgácsból került előállításra a fűtéshez szükséges hőmennyiség, a fűtési költség több mint 50%-kal csökken, a villamosenergia-felhasználás éves szinten mintegy 37 000–38 000 kWh-val lesz kevesebb. A tervezett fűtési rendszer elvi kialakítását és fő részegységeit mutatja a 9.22. ábra: Az ábrán látható rendszer működése: A kazán 90–95 ºC-os fűtővizet állít elő. Ebből a meleg vízből a külső hőmérséklet függvényében kerül előállításra a szükséges fűtővíz hőmérséklet. A puffertárolók a kazán által termelt többlethő tárolására szolgálnak, és jellemzően az átmeneti időszakokban a kazánüzemidő meghosszabbítását hivatottak szolgálni. A puffertárolók beépítésével a kazán viszonylag sűrű ki- és bekapcsolását tudjuk elkerülni. A puffertárolók térfogata 2×2000 literre tervezzük, aminek a felfűtésével hozzávetőlegesen 0,5–1,0 órás működési idő biztosítható a kazán esetében. Az intézmény jelentős mennyiségű villamos energiát használ fel. Ezt tervezzük csökkenteni, közvetlenül a hálózatra kapcsolódó 31,68 kWp teljesítményű napelemes rendszer telepítésével. A rendszer, előzetes számításaink szerint 37 000–38 000 kWhval csökkenti a hálózatról vételezett elektromos energia mennyiségét, mely ezzel arányos költségmegtakarítást jelent. Elektromos hálózat

Napelemmodulok

Inverter

Villanyóra

Fogyasztók 9.23. ábra. A tervezett napelemes rendszer kialakítása (elvi ábra) Forrás: [9.33]

A rendszer elvi kialakítását a fenti kép mutatja. A megtermelt villamos energia vagy a fogyasztást csökkenti, vagy a hálózatra töltődik, ahonnan a felhasználási igénynek megfelelően visszavételezésre kerül. A megoldás esetében a hálózatot mint akkumulátort használjuk. A fejlesztés utáni rendszer teljesen automatikus működést tesz lehetővé. A kazán tüzelőanyag-ellátását automatikus működtetésű forgácsadagoló rendszer (kaparókar, csigák és a cellakerekes adagoló) biztosítja. A folyamatos üzem fenntartásához szükséges faforgács, erre a célra kialakított megfelelő méretű tárolóban került elhelyezésre. A felhasználás szerinti utántöltés tapasztalati adatok alapján, az üzemeltetésért felelős dolgozó útmutatásával történhet. 328

9.4. Költségoptimalizálás 9.4. táblázat. A tervezett beruházás főbb egységei és rendszerelemei Fő részegység

Méret / teljesítmény

Funkció

Faapríték-tüzelésű kazán és tartozékai: Földbe süllyesztett tüzelőanyag-tároló Faapríték-tüzelésű kazán tartozékaival

6 m*6 m*3 m – 108 m³ 160 kW

Faapríték behordó szerkezet kaparókarral, szállítócsigákkal

Ø 6 m kaparókar – 1 db szállítócsiga hossza: ◆ 3,4 m – 1 db ◆ 4,3 m – 1 db ◆ 6,3 m – 1 db

2 db 2000 literes fűtési puffer fűtővíztároláshoz

2 db 2000 liter összesen: 4000 liter

Tüzelőanyag-tárolás a faapríték-kazánhoz Hőtermelés

Kazán tüzelőanyaggal való ellátása Melegvíz-tárolás és kazánüzemidő-hosszabbítás

Napelemes rendszer: Napelemek (1,65 m²/db) Teljes felület: 218 m2 Szerelési anyagok – napelemtartók, kábelek, csatlakozók stb. Inverterek

H * sz * m 1662 * 990 * 46 – 21 kg/db 132 db – 240 Wp/db

Villamosenergia-termelés

---

Napelemek rögzítése és elektromos összekötése

3 db – 10 000 W

AC/DC átalakítás és a hálózati frekvencia-szinkronizálás

A faapríték-tüzelésű kazán, a 2 db 2000 literes fűtésivíz-puffertároló, valamint az egyéb gépészeti elemek a jelenlegi kazánházban kerülnek elhelyezésre. A forgácstároló a kazánház előtti iskolaudvaron a földbe van elhelyezve. A tüzelőanyag betárolásához külön eszközökre nem volt szükség, a szállító autó egyenesen a tárolóba tudja önteni a faforgácsot. A rendszer elhelyezését a 9.24. ábra szemlélteti.

9.24. ábra. A rendszer elhelyezése Forrás: [9.33]

329


A napelemes rendszer elhelyezésére a tornaterem tetején került sor. Napelemmodulok száma: 132 db Modulteljesítmény: 240 Wp/db Rendszer teljesítménye: 31,68 kWp A tervezett rendszer főbb üzemeltetési adatait lásd a 9.5. táblázatban. 9.5. táblázat. A tervezett rendszer főbb üzemeltetési adatai Tervezett állapot: Energiafelhasználás célja Fűtés és használatimelegvízkészítés Világítási energia

Tervezett éves energiaforrásfelhasználás

Energiaforrás bruttó beszerzési ára

Tervezett éves költség a beruházás után

Faapríték

70,637 tonna

25 000 Ft/tonna

1 765 925 Ft

Napenergia

37 400 kWh

0 Ft

0 Ft

4522 kWh

47,44 Ft/kWh

216 581 Ft

Alkalmazott energiaforrás

Hálózati villamos energia

A fejlesztés(ek) eredményeként a kiindulási állapot szerinti földgáz kiváltásra került a faapríték-tüzeléssel. A beruházás eredményeként a két energiaforrás (földgáz és faapríték) közötti árkülönbözettel arányos üzemeltetési költségmegtakarítást lenne realizálható. A fejlesztés tervezése során a kiindulás alapját a szolgáltatói számlái adták. A szolgáltatói számlák közvetlenül az intézményben elhasznált fogyasztást mérik, így ezek értékelése a valós helyzetet mutatják. Figyelembe kell azonban venni, hogy a valós felhasználás minden esetben egyedi eseteket tükröz. Az iskolában az elmúlt fűtési időszakban történt kazánmeghibásodás kényszermegoldásokkal lett kijavítva. Ennek eredményeként nem a szükséges kazán teljesítmények kerültek beépítésre, hanem kisebbek. Ez okozta azt a jelenséget, hogy a gázfelhasználás az átlagos körülményektől eltérően érzékelhetően magasabb volt. Megnéztük a szolgáltatói számlák és az átlagos körülmények mellet számított értékek közötti különbségeket, így az eltérés számszerűsíthető volt. Az előzőekben felsorolt okok miatt a fűtési energia fejlesztés utáni állapotának elemzéséhez a fejlesztés utáni állapot energiatanúsítványának adatait vettük alapul. A villamos energia fejlesztést megelőző állapotának meghatározására szintén felhasználtuk a szolgáltatói számlák alapján kapott fogyasztási értékeket. Azonban a fejlesztés utáni állapot elérésének számításainál csak az intézmények üzemeltetésére megfelelő (világítási és fűtési segédenergia-igény) értéket kaptuk eredményül. A fejlesztés utáni állapot villamosenergia-felhasználását úgy kaptuk meg, hogy a fejlesztés előtti állapot átlagos körülményeire számolt villamosenergia-felhasználás értékéből kivontuk a napelemes rendszer várható termelését, és az így kapott értéket vettük figyelembe a fejlesztés utáni állapot elérésére. A leírtak számszerűsítése: ◆ Az iskola fejlesztés előtti állapot szerinti villamosenergia-fogyasztása: - Szolgáltatói számlák alapján (1–12 hónap): 43,937 MWh/év - Átlagos körülményekre számítva (18,00 MWh*2329 m²): 41,922 MWh/év 330


A fejlesztés előtti állapot szerinti fogyasztást terveztük csökkenteni napelemes rendszerrel, melynek a várható termelése 37 400 kWh/év. ◆ A fejlesztés utáni állapot villamosenergia-felhasználása: - Átlagos körülményekre számítva: 8,87 MWh/év Ha a fejlesztés előtti állapot villamosenergia-felhasználását a napelemes rendszer termelésével csökkentjük: - Átlagos körülményekre számítva (41,922 MWh–37,4 MWh): 4,522 MWh Az iskola energiafelhasználása két részre bontható: 1. Földgázfelhasználás – fűtésre és használatimelegvíz-készítésre. 2. Villamosenergia-felhasználás – a világítási és a fűtési segédenergia fedezésére. Az energiafelhasználás meghatározásához az alábbi számítások készültek: 1. Az intézmény fejlesztés előtti állapotára vonatkozó energetikai tanúsítvány. 2. Iskola és tornaterem hőtechnikai méretezése. 3. Az intézmény fejlesztés utáni állapotára vonatkozó energetikai tanúsítvány. A kapott adatok értelmezése: A hőtechnikai méretezés alapján az alábbi, fűtéshez szükséges teljesítményadatokat kaptuk, ennek alapján: ◆ Az iskola fűtési hőigénye: 81,9 kW ◆ A tornaterem fűtési hőigénye: 65,4 kW ◆ Fűtési hőigény összesen: 147,3 kW Az energetikai tanúsítványból kiolvasható adatok: Az intézmény fejlesztés előtti állapota szerint az „E” kategória szerinti „Energetikai minőségi kategóriába” sorolható. Energiaigény-tervezési adatok ◆ AN: 2329,0 m2 Fűtött alapterület ◆ n: 0,90 1/h Átlagos légcsereszám a fűtési idényben ◆ s: 1,00 Szakaszos üzem korrekciós szorzó ◆ Qsd+Qsid: (16,51 + 0) * 0,75 = 12,38 kW Sugárzási nyereség ◆ qb: 9,00 W/m2 Belső hőnyereség átlagos értéke 2 ◆ Evil,n: 12,00 kWh/m a Világítás fajlagos éves nettó energiaigénye ◆ qHMV: 7,00 kWh/m2a Használati meleg víz fajlagos éves nettó hőenergia-igénye ◆ nnyár: 9,00 1/h Légcsereszám a nyári idényben ◆ Qsdnyár: 52,48 kW Sugárzási nyereség Energetikai jellemzők a fejlesztés előtti állapot bemutatásához: A fűtés fajlagos primerenergia-igénye: 131,19 kWh/m²év A melegvíz-készítés fajlagos primerenergia-igénye: 11,39 kWh/m²év A világítás fajlagos energiaigénye: 18,00 kWh/m²év 331


A fejlesztés utáni állapot elérése esetén az épületszerkezet nem változik. Ez azt jelenti, hogy az energiaigény tervezési adatai nem változnak. Az intézmény fejlesztés utáni állapota szerint az „A” kategória szerinti „Energetikai minőségi kategóriába” sorolható. Energetikai jellemzők a fejlesztés utáni állapot bemutatásához: A fűtés fajlagos primerenergia-igénye: 30,91 kWh/m²év A melegvíz-készítés fajlagos primerenergia-igénye: 62,05 kWh/m²év A világítás fajlagos primerenergia-igénye: 1,94 kWh/m²év A fejlesztés utáni állapot fajlagos energiafelhasználási adatainak változása a fejlesztés előtti állapothoz képest a számításoknál alapul vett tűzifa-, biomassza-használatból eredő primerenergia-tényező megváltozásából adódik. Az intézmény hőközpontjában a fejlesztés utáni állapot elérése esetén a faaprítéktüzelésű kazánból nyert energia felhasználása ◆ fűtésre, illetve ◆ a használatimelegvíz-készítésre fordítódik. A világítási energia hálózatról vételezett mennyiségének csökkenését a napelemes rendszerből nyert villamos energia mennyisége adja. A világítási energia csökkenését a számításnál használt korrekciós szorzó értékének megváltoztatásával vettük figyelembe. Tehát a fejlesztés utáni hőközponttal az üzemeltetési költségek csökkenése jellemezően az energiaforrások váltásából adódott. Ennek értelmében a fejlesztés előtti és utáni állapot szerinti fogyasztási és üzemeltetési költségeket a 9.6. táblázatban foglaljuk össze. 9.6. táblázat. A fejlesztés előtti és utáni állapot szerinti fogyasztási és üzemeltetési költségek A felhasználás jellege:

Felhasznált energiaforrás

Felhasznált energia éves mennyisége

Energia bruttó egységára

Éves bruttó költség

A fejlesztés előtti állapot energiafelhasználásának költségei átlagos körülményekre számolva: Fűtés Használatimelegvíz-készítés Világítás, egyéb

Földgáz

1196,052 GJ

4128 Ft/GJ

4 936 909 Ft

Villamos energia

43 226 kWh

47,67 Ft/kWh

2 060 734 Ft

Fejlesztés előtti állapot üzemeltetési költsége összesen:

6 997 643 Ft

A fejlesztés utáni állapot energiafelhasználásának költségei átlagos körülményekre számolva: Fűtés Használatimelegvíz-készítés Világítás, egyéb

Faapríték Villamos energia

70,637 t

25 000 Ft/t

1 765 925 Ft

4522 kWh

48,02 Ft/kWh

217 146 Ft

A fejlesztés utáni állapot üzemeltetési költsége összesen:

332

1 983 071 Ft


Az iskola fejlesztése előtti és a fejlesztés utáni állapot közötti üzemeltetésiköltségkülönbözet (bruttó): 5 014 572 Ft + áfa Az üzemeltetésiköltség-csökkenés: ~71–72% A fejlesztés megvalósítása során csakis megújuló energiaforrások hasznosítására alkalmas berendezések kerültek telepítésre. Ezek kapacitása/teljesítménye méretezés alapján került meghatározásra. A felhasznált és a termelt energiamennyiségeket a tervezett fogyasztási igények alapján határoztuk meg. A fejlesztés energiatermelési szempontból 2 részre bontható: Biomassza-hőközpont energiamérlege: Az első a biomasszakazánnal épített hőközpont. Itt egy 160 kW névleges teljesítményű kazán és a hozzá tartozó rendszerelemek kerültek beépítésre. Előzetes számításaink szerint a kazán látja el az iskola épületeinek téli fűtését és a használatimelegvízkészítést. A téli fűtés és a használatimelegvíz-készítés energiaigénye 313,94 MWh/év. A fogyasztói igények kielégítéséhez előállítandó energiamennyiséget faforgácsból kell biztosítani. Az Energetikai minőségtanúsítványban meghatározott energiaigények már tartalmazzák a különböző veszteségeket is. Ilyen például a kazánhatásfokból adódó veszteség és az elosztói veszteség. Tehát a vesztségeket is alapul véve a biomas�sza-hőközpontban a faapríték-tüzelésű kazánnak évente mindösszesen 313,94 MWh energiamennyiséget kell megtermelnie. Ezt az energiát 70,636 tonna faaprítékból lehet kinyerni. A faapríték fűtőértékének számítását 16 MJ/kg értékkel vettük figyelembe. Fűtéshez és a HMV-készítéshez szükséges hőmennyiség: 313,94 MWh/év Összes hőtermelési energiaigény: 313,94 kWh/év A faforgács fűtőértéke: 16 MJ/kg = 4,4 kWh/kg Szükséges faforgácsmennyiség: 313 940 kWh/év / 4,4 kWh/kg = 70 636 kg = 70,636 tonna Szükséges faforgácsmennyiség évente: 413 494 kWh/év / 4,4 kWh/kg = 93,036 t/év A napelemes rendszerrel fedezendő energiaigény: A napelemes rendszerrel az oktatási intézmény villamosenergia-igényének egy jelentős részét lehet fedezni. Az általános iskola villamosenergia-igénye: 18,0 kWh/m²év*2329 m² = 41 922 kWh/év A tervezett napelemes rendszerrel éves szinten termelhető villamosenergia-men�nyiség: 37 400 kWh/év Ez kisebb, mint a jelentkező energiaigény, tehát a hálózatról is kell villamos energiát vételezni, a tervezett termelés nem elegendő a fogyasztás fedezésére. 333


A fejlesztés tervezett finanszírozásának és gazdaságosságának rövid bemutatása: A fejlesztés beruházási költségei (árajánlatok alapján): Faapríték-tüzelésű kazánnal épített rendszer (bruttó): 31 598 750 Ft Napelemes rendszer: 46 789 150 Ft Kazánházbővítés és faapríték-tároló: 13 044 116 Ft Beruházás tervezett bekerülési költsége: 91 432 016 Ft A fejlesztés előtti állapot szerinti fűtési és világítási költségek (tényadatok alapján): Földgázfelhasználás (12 hónap): 37 390 m3 Földgáz éves költsége tényadatok (utolsó szolgáltatói számla) alapján (bruttó): 5 228 556 Ft Villamosenergia-felhasználás (12 hónap): 43 937 kWh Villamos energia éves költsége tényadatok (utolsó szolgáltatói számla) alapján (bruttó): 2 094 593 Ft A fejlesztés előtti állapot szerinti éves energiaköltség összesen (tényadatok alapján, bruttó): 7 323 149 Ft Beruházás után tervezett éves energiaköltség (átlagos körülmények mellett számított adatok alapján): Faapríték-felhasználás (12 hónap): 70,637 tonna Átlagos körülmények mellett számított értékek (bruttó): 1 765 906 Ft Villamosenergia-felhasználás (12 hónap): 4522 kWh Villamos energia éves költsége tényadatok alapján (bruttó): 216 581 Ft A fejlesztés utáni állapot szerinti éves energiaköltség összesen (tényadatok alapján, bruttó): 1 982 487 Ft Különbség a fejlesztés előtti és a fejlesztés utáni állapot üzemeltetési költségeiben (bruttó): 5 340 662 Ft Tervezett beruházás költsége (bruttó): 91 432 016 Ft Jelen esettanulmány a költségoptimalizálási módszer tényezői közül az energiameg takarítást és a beruházást veszi figyelembe. További számításokat kell végezni a karbantartási, az üzemeltetési költségek tekintetében.

Irodalom [9.1.] Böhringer, C.–Keller, A.–van der Werf, E.: Are green hopes too rosy? Employment and welfare impacts of renewable energy promotion. Energy Economics, 2013, 36, 277–285. [9.2.] Cicea, C.–Marinescu, C.–Popa, I.–Dobrin, C.: Environmental efficiency if investments in renewable energy: Comparative analysis at macroeconomic level. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, 30, 555–564. [9.3.] Chien, T.–Hu, J. L.: Renewable energy and macroeconomic efficiency of OECD and nonOECD economies. Energy Policy, 2007, 35, 3606–3615. [9.4.] Fallahi, F.: Causal relationship between energy consumption (EC) and GDP: A Markov switching (MS) causality. Energy, 2011, 36, 4165–4170.

334

Irodalom [9.5.] Wong S. L.–Chang Y.–Chia W. M.: Energy consumption, energy R&D and real GDP in OECD countries with and without oil reserves. Energy Economics, 2013a, 40, 51–61. [9.6.] Mumtaz, R.–Zaman, K.–Sajjad, F.–Lodhi, M. S.–Irfan, M.–Khan, I.–Naseem, I.: Modeling the causal relationship between energy and growth factors: Journey towards sustainable development. Renewable Energy, 2014, 63, 353–365. [9.7.] Kum H.–Ocal O.–Aslan A.: The relationship between among natural gas energy consumption, capital and economic growth: Bootstrap-corrected Causality tests from G-7 countries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 2012, 2361–2365. [9.8.] Ohler A.–Fetters, I.: The causal relationship between renewable electricity generation and GDP growth: A study of energy sources. Energy Economics, 2014, 43, 125–139. [9.9.] Wong, S. L.–Chia, W. M.–Chang, Y.: Energy consumption and energy R&D in OECD: Perspectives from oil prices and economic growth. Energy Policy, 2013, 62, 1581–1590. [9.10.] Jamil, F.–Ahmad, E.: The relationship between electricity consumption, electricity prices and GDP in Pakistan. Energy Policy, 2010, 38, 6016–6025. [9.11.] Fang, Y.: Economic welfare impacts from renewable energy consumption: The China experience. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15, 5120–5128. [9.12.] Payne J. E.: On Biomass Energy Consumption and Real Output in the US, Energy Sources, Part B: Economics, Planning, and Policy, 2011, 6, 47–52. [9.13.] Vaona, A.: Granger non-causality tests between (non)renewable energy consumption and output in Italy since 1861: The (ir)relevance of structural breaks. Energy Policy, 2012, 45, 226–236. [9.14.] Wang, Y.–Wang, Y.–Zhou, J.–Zhu, X.–Lu, G.: Energy consumption and economic growth in Cina: A multivariate causality test. Energy Policy, 2011, 39, 4399–4406. [9.15.] Bowden, N.–Payne, J. E.: The causal relationship between U.S. energy consumption and real output: A disaggregated analysis. Journal of Policy modelling, 2009, 31, 180–188. [9.16.] A kkemik K. A.–Göksal K.: Energy consumption-GDP nexus: Heterogeneous panel causality analysis. Energy Economics, 2012, 34, 865–873. [9.17.] Apergis, N.–Payne, J. E.: Renewable and non-renewable energy consumption-growth nexus: Evidence from a panel error correction model. Energy Economics, 2012, 34, 733–738. [9.18.] Eurostat, 2014a: Statistics, Environment and Energy. Energy: Code t2020_31. http://epp.eurostat.ec.europa.eu/tgm/table.do?tab=table&init=1&language=en&pcode=t2020_31&plug in=1. Letöltési idő: 29.04.2014. 16.58. [9.19.] OECD, 2013: OECD Economic Outlook Volume 2013, Tax wedge 2013, no. 94. [9.20.] Eurostat, 2014b: Implicit tax rate on energy. tsdcc360. http://epp.eurostat.ec.europa.eu/ tgm/table.do?tab=table&init=1&language=en&pcode=tsdcc360&plugin=1. Letöltési idő:2014.04.23. 14 óra 07 perc. [9.21.] M AVIR, MEKH, 2012: Statistical data of the Hungarian power system, 2012. Hungarian Energy and Public Utility Regulatory Authority, MAVIR Hungarian independent Transmission Operator Company LTD. Budapest [9.22.] MAVIR, 2012: A Magyar Villamosenergia-rendszer fogyasztói igényeinek előrejelzése 2012. Magyar Villamosenergia-ipari Átviteli Rendszerirányító ZRt., Rendszerirányítási Igazgatóság, Rendszerszintű Tervezési és Elemzési Osztály, MAVIR-RTODOK-0006-00-2012-06-26. Budapest [9.23.] Elek P.–Kézdi G.: A háztartási villamos energia iránti kereslet ár- és jövedelemrugalmassága. Kérdőíves felmérés alapján. Társadalom Kutatási Intézet Rt. Budapest, 2003 [9.24.] Magyar Energia Hivatal: Vezetékes energiahordozók statisztikai évkönyve 2011, Budapest, 2012 [9.25.] Härdle, W.: Applied non-parametric regression. Humboldt-Universität zu Berlin, 1992 [9.26.] Cortes, C.–Vapnik, V.: Support vector networks. Machine Learning, 1995, Vol. 20, 273–297. [9.27.] Haykin, S.: Neural Networks and Learning Machines. Prentice Hall, 2009

335

9. Energiahatékonyság – költséghatékonyság [9.28.] R Core Team (2013) R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria URL: http://www.R-project.org/ [9.29.] Meyer D.–Dimitriadou E.–Hornik K.–Weingessel A.–Leisch F. (2014) e1071: Misc Functions of the Department of Statistics (e1071), TU Wien. R package version 1.6-2. URL: http:// CRAN.R-project.org/package=e1071 [9.30.] Nolte, I. et al. (szerk.): Implementing the cost-optimal methodology in EU countries: lessons learned from three case studies. BPIE, Brussels, 2013 [9.31.] http://www.rockwool.co.th/sustainable+buildings/energy+design/ how+is+a+smart+design+achieved [9.32.] http://www.magyarepitestechnika.hu/index.php/2013-6/1135-energetikaikoevetelmenyek-koeltseg-optimum-szinten#&panel1-1), 2014. 05. 29, 15:55 [9.33.] Thermo-Épgép Kft. Budapest, belső anyag, 2011

336

10. Adalékok egy fenntartható energiarendszer jogi kereteinek értékeléséhez

10.1. A kutatási téma lehatárolása Jelen tanulmányban igyekszünk mindazon kutatási eredményeinket áttekinteni és összefoglalni, amelyek az előző két évben az ún. ökológiai fenntarthatóságot szolgáló energiajog vizsgálata során születtek. Ennek megfelelően előbb olyan általános kérdéseket vetünk fel, mint az ökológiai fenntarthatóság követelményének megjelenése az energiajogban, az energiaágazat bevonása a nemzetközi klímavédelmi politikába, vagy az Európai Unió (EU) energiapolitikai célkitűzéseinek szerepe a klímavédelem körében. Ezt azon speciális problémák, szabályozási részterületek és jogintézmények vizsgálata követi, amelyek környezet-, energia-, illetve klímapolitikai (és persze műszaki, társadalmi, gazdasági) szempontból egyaránt komoly érdeklődésre tartanak számot, s vitán felül aktuálisak. E körben említendők, pl. (többnyire külön-külön uniós jogi aktusok útján is szabályozott területként) a megújuló energiák támogatása, a biomasszára vonatkozó fenntarthatósági követelmények, az energiahatékonyság és -takarékosság, a közúti gépjárművek követelményei, a lakcímke, a szén-dioxid leválasztásának és geológiai tárolásának szabályai vagy a kibocsátási kvótákkal való kereskedelem rendszere. Egyes, nemzeti energiapolitikai preferenciákat is figyelembe véve néhány esetben nemcsak az uniós jogot, hanem a tagállami különutakat is vizsgáltuk. Mérceként a fenntarthatóság és az uniós megfelelés mellett főként a környezetvédelem alkotmányjogi követelményeit alkalmaztuk. E körben említendő a Paksi Atomerőmű bővítése, illetve a németországi atomstop, amelyek törvényi szabályozása mögött – jóllehet, egymással szöges ellentétben álló megoldásokról van szó – részben azonos klíma- és energiapolitikai szempontok állnak (ehhez hozzátesszük még a német atomenergia szabályozás és a környezetjog kapcsolatának rövid bemutatását). A német „különutas energiapolitikához” szorosan hozzátartozik a megújuló energiahordozók arányának radikális növelése [10.62] – az erre irányuló szabályozást is röviden bemutatjuk és értékeljük. Éppen a német „energiafordulat” az a téma, amelyikkel kapcsolatban felmerül, de valamennyi résztémára, illetve tanulmányunk egészére igaz, hogy kifejezetten jogi, jogtudományi elemzésről van szó, amely – még ha szűk körben figyelembe is veszünk közgazdaság-tudományi, illetve társadalomtudományi szempontokat is – nem kíván választ adni minden kérdésre, amely egy-egy értékválasztás, megoldás, jogintézmény hazai alkalmazhatósága kapcsán felmerülhet. Részben a témakör nehézségéből (sokrétű, interdiszciplináris jellegéből), részben a szabályozás dinamikus fejlődéséből következően, a sajátos szempontokat érvényesítő és sajátos módszerekkel elvégzett kutatásaink túlnyomó része hiánypótlónak tekint337


hető. Annak ellenére így van ez, hogy maga a kutatási téma már eleve szűkítés eredménye, amennyiben az energiajognak és a környezetjognak a közös metszetét takarja, vagyis, noha mindkét szakterületnek vannak még releváns területei (mint, pl. az energiapiaci liberalizáció vagy az intelligens hálózatok szabályozásának hatása a megújuló energiák terjedésére, illetve másik oldalról az energetikai létesítmények környezeti hatásvizsgálaton alapuló engedélyezése, vagy az új, ipari kibocsátási irányelvnek az energiatermelést is érintő elvárásai), azonban azok említésétől az alábbiakban eltekintünk. A kutatás során több kitérőt is tettünk (pl. foglalkoztunk a vízgazdálkodás-vízvédelem alkotmányos kérdéseivel, amihez az apropót az új alaptörvény adta, és ami a víz energetikai hasznosítása miatt kapcsolódik témánkhoz), ezek valamennyi eredményét azonban itt nem közöljük [10.30]. Jövőkutatást (ámbár a tanulmányunk címében is szereplő fenntarthatóság követelményének a maradéktalan érvényesülésére várnunk kell még) nem végeztünk, legfeljebb a hatályos szabályozás kritikája alapján fogalmaztunk meg de lege ferenda javaslatokat. Az imént felvillantott témakörökből is látható, hogy jelen eldolgozás nem lehet teljes. Bizonyos kérdéseket csak további kutatások során lesz majd módunk részletesen is megvizsgálni; ilyenek, pl. a megújulók térnyeréséhez szükséges energiatárolás és hálózatfejlesztés (területrendezési, építési jogi, környezetjogi) követelményei, az intelligens mérés emberi jogi vetületei (információs önrendelkezési jog, emberi méltóság, tulajdonjog), a megújulók támogatása és egyes természetvédelmi követelmények kollíziója (pl. energiatermelés Natura 2000 területeken), a települési önkormányzatok klíma-, illetve energiapolitikai mozgástere (rendeletalkotás, közszolgáltatások szervezése, településrendezés).

10.2. Fenntarthatóság – vizsgálati szempont és mérce az energetikai szabályozásban Munkánk hátterében az a feltételezés áll, hogy az emberiség a túllövés állapotában van. A túllövés kifejezést eredetileg Wackernagel és munkatársai alkalmazták [10.70] [10.50], akik arra a következtetésre jutottak, hogy az emberi forráshasználat már közel 20 százalékkal meghaladja a Föld eltartóképességét. Ilyen körülmények között a jog egyik legfontosabb feladata, hogy segítsen az ökológiai korlátok mögé visszalépni [10.11]. Ezt biztosítaná az ökológiai fenntarthatóság követelménye. Ez a követelmény ebben a formában ugyan általános, de ha rávetítjük az energiafelhasználásra, akkor elsősorban az energiafelhasználás abszolút mértékű csökkentését [10.66], másodsorban az energiaszerkezet átalakítását jelenti, amelynek keretében előnyben részesítik a környezetre kevesebb negatív hatást gyakorló technológiák alkalmazását (zöld energiaszerkezet). Az energiafelhasználás abszolút csökkentése elengedhetetlen, hiszen önmagában nem elegendő javítani az egyes ágazatok, ipari létesítmények stb. energiahatékonyságán, mert az „egyszerű” energiahatékonyság-javulás olyan közvetlen és közvetett következményekkel járhat, amelyek a környezet védelme szempontjából végeredmény338

10.2. Fenntarthatóság – vizsgálati szempont és mérce az energetikai szabályozásban

ben akár hátrányosak is lehetnek [10.46]. Közismert ugyanis, hogy az energiahatékonysági intézkedések – az ún. negatív visszahatások (rebound effects) révén – akár még növelhetik is az energiafelhasználást [10.65]. Ennek mértéke a vizsgálatok kereteitől függően változhat, azonban akár 50% is lehet, ami hosszú távon jelentősen leronthatja az energiahatékonysági intézkedéseket [10.66]. Ilyen közvetlen hatás például, amikor egy háztartásban élők az energiahatékonyságból származó előnyt azzal semlegesítik, hogy fokozottabb mértékben veszik igénybe az energetikai szolgáltatást (pl. a hőszigetelés ellenére sem csökken egy háztartás energiafelhasználása, mert a cél egy a korábbinál melegebb lakókörnyezet lesz). Ugyancsak az energiahatékonyság járulékos hatása, hogy az ezzel elért költségmegtakarítás tükröződik egy termék árában (az csökken), ami azonban azt eredményezi, hogy megnő az adott termék iránti kereslet (pl. egyre nagyobb képernyőjű tv-készülékeket vásárolunk), és így végeredményképpen az energiafelhasználás is nő [10.35]. Vagyis egy olyan szabályozásra van szükség, amely első lépésként az energiafelhasználás stabilizálását, majd ezt követően a csökkentését biztosítaná. A zöld energiaszerkezet alatt olyan energiaellátási struktúrát értünk, amely túlnyomó részt nem a hagyományos fosszilis energiahordozókra épül, hanem olyanokra, amelyek felhasználása kevesebb negatív környezeti hatással jár. Az ilyen energiaforrások körének behatárolása első ránézésre egyszerűnek tűnik, hiszen általában így tekintenek a megújuló energiaforrásokra, más alternatív energiahordozókra, valamint a nukleáris energiára, csupán annak alapján, hogy hasznosításuk nem jár üvegházhatású gázkibocsátással. A „karbonlábnyom” csökkentéséhez ez elméletileg elég is lenne, azonban a helyzet ennél jóval bonyolultabb, hiszen a megújuló energiaforrások között is vannak olyanok, amelyeket nem tarthatunk környezetbarátnak (pl. nagyméretű vízenergia-hasznosítás). Nem beszélve a nukleáris energiáról, amelyet a vele járó biztonsági kockázatok miatt sokan egyszerűen nem tekintenek zöld energiának [10.71]. A helyzetet továbbnehezíti, hogy az egyébként környezetbarátnak tartott szélenergia, vagy geotermikus energia hasznosításának is lehetnek a környezetre negatív hatásai. Megnéztük, hogy a szakirodalomban milyen energiaforrások felhasználását tartják környezetvédelmi szempontból is elfogadhatónak [10.41]. E kérdésben több tanulmány is született, különféle eredménnyel, azonban általánosságban elmondható, hogy – a nagyon szélsőséges álláspontok kivételével – még a környezetvédelmi szempontból optimális energiamixben is számolnak csekély mértékben a hagyományos energiahordozók (pl. nyersolaj, olajpala) jelenlétével, a nukleáris energiatermelést azonban általában elutasítják. Ezek a szcenáriók természetesen alapvetően a megújuló energiaforrásokra támaszkodnak (azok között is a napenergiában látják a legnagyobb lehetőséget), viszont a megújulók mellett számítanak az egyelőre még fejlesztéseket igénylő egyéb alternatív energiaforrásokra is. Az ökológiai fenntarthatóság követelményének megfelelő, képzeletbeli energiaellátási struktúrában a megújuló energiaforrásoknak főszerepük van, az alábbiakban ezért mi is kiemelten foglalkozunk szabályozásukkal. Annyit bocsátunk előre, hogy a megújuló energiaforrásokkal kapcsolatos szabályozás az ökológiai fenntarthatóság követelményének két egymásra épülő feltétellel tenne eleget. Az első annak deklarálása, hogy a megújuló energia339


források felhasználásának ösztönzése csak az energiafelhasználás teljes csökkentése mellett érdemes, a másik, hogy a megújuló energiaforrások részarányát növelni kell, méghozzá az adott térség földrajzi adottságaihoz és területi potenciáljához igazodó, lehető legnagyobb mértékben [10.9].

10.3. Fenntartható energiapolitika a nemzetközi jogban? Míg a fosszilis energiahordozók, valamint a nukleárisenergia-felhasználás vonatkozásában számos nemzetközi egyezmény létezik, addig a megújuló energiaforrásokra, valamint az energiafelhasználás csökkentésére irányuló nemzetközi szabályozás kifejezetten hiányos [10.39]. Az Energia Charta Egyezmény ugyan érinti ezeket is, azonban nagyon általánosan, konkrétabb követelmények nélkül. Az energiahatékonyságról szóló jegyzőkönyv – mint ahogyan azt a címe is mutatja – elsősorban az energiafelhasználás csökkentésére vonatkozik, a megújuló energiaforrások már kiesnek a hatálya alól. A klímavédelemnek az Éghajlatváltozási Keretegyezmény és a Kiotói Jegyzőkönyv által megteremtett kereteibe pedig az energiának ez idáig szintén elhanyagolható szerep jutott, a jelenleg hatályban lévő nemzetközi jogforrások nem adnak megfelelő választ az energiafelhasználás és az energiaszerkezet problémáira [10.15]. A nemzetközi jog e téren tehát bizonyosan nem érvényesíti az ökológiai fenntarthatóság követelményeit. Kérdés marad tehát, hogy egyáltalán mi lehet a nemzetközi jog szerepe egy fenntartható energiajog kialakításában. Az egyik alternatíva, hogy mellőzve az (univerzális) nemzetközi jog fejlesztésére irányuló, eleddig korlátozott eredménnyel járó kísérleteket, inkább a megújuló energiaforrások, valamint az energiafelhasználás nemzeti vagy éppen regionális szintű szabályozására koncentráljon a nemzetközi közösség. Ez a megújuló energiaforrások tekintetében – azok hasznosításának az eltérő földrajzi adottságai miatt – talán inkább elfogadható, mint az energiafelhasználás mértékének a szabályozása tekintetében, ahol véleményünk szerint kiemelten fontos lenne közös energiafelhasználás-csökkentési cél(ok) meghatározása. A másik válasz, hogy a nemzetközi jognak igenis legyen szerepe az energiaágazat „zöldítésében.” Ennek kerete ideális esetben egy olyan nemzetközi egyezmény, amely konkrét energiafelhasználás-csökkentési célokat, illetve adott esetben minimális megújulóenergiaforrás-arányokat rögzít kötelező erővel, vagy – már kevésbé elfogadható módon – egy jogi kötőerőt nélkülöző, de a nemzetközi együttműködés elveit lefektető deklaráció. Sajnos azonban ilyen jellegű kezdeményezések hivatalosan nem történtek, vagyis a nemzetközi közösség, tiszteletben tartva az államoknak az energiaforrások fölötti szuverenitását, nem támogatja a nemzetközi jog ilyen irányú fejlődését. A magunk részéről a klíma védelme, illetve az emberiség ökológiai lábnyomának csökkentése érdekében igazi megoldásnak egy egyezményt látnánk, mégpedig az ENSZ Éghajlatváltozási Keretegyezményének az égisze alatt. Ez fejezné ki ugyanis a leginkább az energia szerepét és jelentőségét a klímavédelemben. Ennek a legfontosabb rendelkezése egy a részes államokra vonatkozó általános és speciális energiafelhasználás-csökkentési cél lenne, amelyet lehetőleg a 340

10.4. A „környezeti energiajogot” illető európai uniós szabályozás tendenciáiról dióhéjban

teljes energiafelhasználás csökkentésében fejeznének ki. Ez a jelzőszám tudná kifejezni az energiafelhasználás abszolút csökkentését (az energiaintenzitás csökkentése ehhez képest relatív, és az ún. negatív visszahatások miatt sem vezetne eredményre) [10.35]. Ami a megújuló energiaforrások részarányát illeti, habár nemzetközi szinten ilyen jellegű elképzeléssel még nem találkozhatunk, az Európai Unióéhoz hasonló szabályozást lehetne kialakítani. Vagyis a megújuló energiaforrások részarányára közös célkitűzést lehetne megfogalmazni, illetve azt az egyes államok irányában egyediesíteni. Ezzel válna teljes körűvé (kétpillérűvé) az ökológiai fenntarthatóságot szolgáló nemzetközi energetikai szabályozás.

10.4. A „környezeti energiajogot” illető európai uniós szabályozás tendenciáiról dióhéjban Az EU legáltalánosabb célkitűzése e téren, hogy a gazdaságnak energiahatékonnyá – ezen keresztül versenyképesebbé – és csekély üvegházgáz-kibocsátással jellemezhető gazdasággá kell átalakulnia [10.1]. A saját, belső piacot érintő intézkedések mellett a nemzetközi együttműködés erősítésén is munkálkodik. Már a 90-es évektől, de különösen az új évezred első éveiben megjelentek jogszabályok (a megújuló energia támogatásáról, az épületek energiatanúsítványáról, egyes háztartási gépek energiacímkével való ellátásáról, az üvegházgázok kvótáiról/kibocsátási egységeiről stb.), illetve nemzetközi szerződések (éghajlat-változási keretegyezmény, Kiotói Jegyzőkönyv) az EU jogában [10.61]. Nagy várakozásokkal indították el 2005-ben az EU 2003/87 sz. irányelvével a kibocsátásiegység-kereskedelmi rendszert, (az üvegházgázok – ÜHG – kvótaszabályozását), amelyet – vitatott hatékonysága ellenére – máig az EU legfontosabb klímavédelmi intézkedésének tekintenek [10.37]. Az EU Parlamentje és Tanácsa 2009-ben egy hat jogszabályból álló intézkedéscsomagot fogadott el, amelynek célja a klímavédelem fejlesztése, mégpedig a leginkább érintett, energetikai ágazat bevonásával. A klímacsomaggal elérni kívánt célok, intézkedések lényege: a) az üvegházhatású gázok kibocsátásának 20%-os (eredményes nemzetközi megállapodás esetén 30%os) mértékű csökkentése (az 1990-es szinthez képest); b) a megújuló energiák 20%-os arányának elérése a teljes energiafogyasztáson belül (illetve a bioüzemanyagok 10%os aránya a közlekedési ágazat üzemanyag-fogyasztásán belül); c) az energiahatékonyság 20%-os mértékű javítása. A 2009-es jogszabályok rendelkezéseiből az alábbiakat emeljük ki, hozzátéve, hogy néhányukra a tanulmány későbbi pontjaiban még részletesen kitérünk [10.51]: ◆ A kibocsátáskereskedelem átláthatóbb, hatékonyabb működését szolgáló módosítások léptek életbe 2013-tól. Így, pl. a kibocsátási egységek mennyiségének nemzeti szintű megállapítását felváltotta egy közös, az EU egészére vonatkozó kibocsátási maximum meghatározása. A kvóták kiosztásáról már nem a tagállamok, hanem minden egyes tagállam valamennyi vállalata esetében az Európai Bizottság dönt. Fontos változás még a kibocsátási egységek mennyi341


ségének a csökkentése (évi –1,74%-kal), valamint a folyamatos áttérés az eddigi ingyenes kiosztásról az ellenérték fejében (árverésen) történő megszerzésére [10.59]. ◆ Az új gépjárművek átlagos szén-dioxid-kibocsátásának 120 g/km-re, 2020tól 95 g/km-re csökkentése; illetve szankció bevezetésére is sor került: ez a többletkibocsátási díj, amelyet közvetlenül a Bizottság szab ki a gyártókra. ◆ Kötelező nemzeti célértékek a megújuló energiahordozókból (biomassza, víz-, nap- stb. energia) származó energia minimális részarányára; Magyarországnak 2020-ig 13%-ra kell emelnie ezt az arányt. A tagállamoknak intézkedéseket kell hozniuk az energiahálózatok továbbfejlesztésére (pl. intelligens hálózatok, energiatárolók kiépítésével, ezeket az engedélyezés egyszerűsítésével is segíteniük kell), az átlátható és diszkriminációmentes díjmegállapításra; valamint a piacra jutás és az új termelők csatlakozásának megkönnyítésére (pl. az elosztók, szolgáltatók részéről átlátható információk nyújtásával). ◆ A bioüzemanyagokra fenntarthatósági kritériumokat írtak elő, hogy biztosítsák, ezek felhasználása kevesebb környezeti teherrel jár a nem megújuló energiahordozók (pl. szén, gáz) tüzelőanyagként való felhasználásához képest, illetve előállításuknak nincsenek aránytalan környezeti terhei. ◆ A benzinre, a dízelolajra és a gázolajra (a különböző összetevőikre, gőznyomásra, oktánszámra stb.) vonatkozóan új határértékek jelentek meg. Ezek célja, hogy a gépjárművek kibocsátására vonatkozó követelmények betartása kön�nyebb legyen [10.17]. ◆ Egy külön irányelv az energiatermelésben, iparban keletkező szén-dioxid kémiai úton történő leválasztását, illetve hosszú távú elszigetelését (CCS) irányozza elő, a környezeti és egészségügyi kockázatok minimalizálása mellett. Csak a geológiai (földfelszín alatti) tárolásra terjed ki, a puszta vízoszlop alatti tárolás (pl. tengeri területen) tilos. Egyelőre ipari méretekben ki nem próbált eljárásról van szó, amit az EU jelentős összegekkel támogat. ◆ Az EU a kvótarendszerben (kibocsátás-kereskedelmi rendszerben) részt nem vevő ágazatok (háztartások, mezőgazdaság) tekintetében a kibocsátáscsökkentés terheit a tagállamok között elosztotta. Ennek során figyelembe vették az igazságosság és a szolidaritás elvét, s a tagállamok egy főre jutó GDP-jét is. Magyarország esetében az előírt érték +10% (azaz ténylegesen nincs csökkentési kötelezettségünk, hanem legfeljebb ekkora növekedés lehetséges). A tagállamokat jelentéstételi kötelezettség terheli a kibocsátási szint, a felhasznált kvóták, és a nemzeti (kibocsátáscsökkentési) intézkedések tárgyában, amelyek alapján a Bizottság értékeli a tagállamok előrehaladását, közösségi intézkedések szükségességét. Szankció: a nem teljesítő tagállamtól a következő évben kvótákat (kibocsátási jogosultságokat) vonnak le. Természetesen az uniós szabályozás kialakítása 2009-ben nem fejeződött be. Ennek eredménye pl. az épületek energiahatékonyságáról szóló 2010/31/EU irányelv vagy a 2012-es új (2012/27/EU) energiahatékonysági irányelv megszületése (az alábbiakban ezekre is kitérünk még). 342

10.5. A megújuló energiák támogatása

10.5. A megújuló energiák támogatása 10.5.1. Az uniós keretek A megújuló energiaforrások támogatása az Európai Unió Működéséről Szóló Szerződés egyik deklarált célkitűzése [194. cikk (1) bek. c) pont]. Az utóbbi időszakban egyre komolyabb jogalkotási folyamat zajlik e téren, amelynek keretében a korábbi szabályozást (a megújuló energiaforrásból előállított villamos energia támogatásáról szóló 2001/77/EK irányelvet, valamint a bioüzemanyagok támogatásáról szóló 2003/30/EK irányelvet) felváltotta a megújuló energiaforrásból előállított energia támogatásáról szóló 2009/28/EK irányelv [10.72]. A megújuló energiaforrásokra vonatkozó szabályozás az Európai Unióban jelenleg ebben az irányelvben összpontosul, ugyanakkor érdemes megjegyezni, hogy egyéb uniós jogi aktusok (pl. a villamosenergia-piaci liberalizációról, illetve az épületek energiateljesítményéről szóló irányelvek) is tartalmaznak ide kapcsolódó követelményeket. Az új irányelv több ponton is fejleszti a szabályozást, elsősorban abból a célból, hogy azt alkalmassá tegye az európai uniós klíma- és energiapolitikai célkitűzések (pl. 2020-ra 20%-os megújuló energia részarány) teljesítésére. Arra kötelezi a tagállamokat, hogy bruttó energiafelhasználásuk egy meghatározott százaléka megújuló energiaforrásból származzon. A korábbi joganyagok ehhez képest szerényebb, kötelező jelleget nélkülöző célértékeket határoztak meg, aminek az lett az eredménye, hogy a 2010-re tervezett 12%-os megújuló részarányt nem sikerült megvalósítani. A hatályos célkitűzés az, hogy a megújuló energia részaránya 2020-ra, az Európai Unió teljes bruttó energiafogyasztásában – az energiafelhasználás és a CO2-kibocsátás hasonló arányú csökkentésével párhuzamosan – érje el a 20%-ot. Ezen túlmenően az új irányelv tartalmaz egy csak a közlekedési ágazatra irányadó célkitűzést is, amelynek alapján a közlekedési célú végső energiafelhasználásnak legalább 10%-a szintén megújuló energiából kell származnia. A 20%-os célkitűzés az Európai Unió egészére vonatkozik, az egyes tagállamokra a jogszabály melléklete azonban egyedi célértékeket is megfogalmaz, azok gazdasági teljesítőképessége, megújuló energia potenciálja és a Kiotói Jegyzőkönyv szerinti vállalásainak figyelembevételével. Hasznos lenne, ha az EU – legalább stratégiai szinten – a hosszú távú (pl. 2050-re vonatkozó) célkitűzéseit is megfogalmazná, hiszen amellett, hogy maradnak még kiaknázatlan potenciálok, mindenki számára egyértelművé válna, hogy érdemes a megújuló energiaforrásokba fektetni, mert az jelenti a jövőt [10.7]. Ami az üzemanyag felhasználáson belüli 10%-os megújuló részarányt illeti, e célkitűzés ökológiai szempontból megkérdőjelezhető, amennyiben teljesítése a mezőgazdasági termőterületek kb. 72%-át igényelné. Mivel ekkora terület nem áll rendelkezésre (és a bioüzemanyag-nyersanyag termesztése egyébként is az élelmiszeralapanyag-termesztéssel konkurál, ami egyben emeli az élelmiszerárakat), harmadik országokból (pl. Indonéziából) kell beszerezni a szükséges alapanyagokat. Ez amellett, hogy erősíti Európa energiaimport-függőségét, a biológiai sokféleség pusztítása és a klímaváltozás fokozása miatt veszélyezteti a klímavédelmi célkitűzéseket [10.5]. 343


Az irányelv azt is meghatározza, hogy milyen ütemben kell növelni a megújuló energia részarányt annak érdekében, hogy a 2020-as célkitűzés teljesülhessen. A kétéves előirányzatok ugyan nem kötelező jellegűek, azonban ha az Európai Bizottság, a nemzeti cselekvési tervek alapján azt észleli, hogy egy tagállam nem teljesíti az ütemtervet, az irányelv 3. cikk (2) bekezdése alapján jogsértési eljárást indíthat, mivel a tagállam nem hozott meg minden szükséges intézkedést. Ez a lehetőség megnöveli a tagállamok jelentéstételi kötelezettségének jelentőségét is, amelyre a nemzeti cselekvési tervek keretében kerül sor. Ezek tartalmazzák a nemzeti célértékeket ágazati bontásban, valamint az ezek elérésére alkalmas, foganatosítandó intézkedéseket [10.24]. Az irányelv alapján egyébként igen sokféle energia számít megújulónak, függetlenül a hasznosítás méretétől, noha pl. közismert a nagyméretű vízenergia-hasznosítás környezetre gyakorolt káros hatása. A vízenergia mellett a biomassza is vitatott, mert bár „klímasemlegesnek” tartják (elégetésével csupán annyi CO2 szabadul fel, mint amennyit a még élő szövetek megkötöttek), a biológiai sokféleségre gyakorolt negatív hatása miatt, csak nagyon szigorú feltételek mellett célszerű a felhasználásának az ösztönzése. Ráadásul a biomassza fogalmának meghatározásába bekerült „az ipari és települési hulladék biológiailag lebontható része” is, ami nem kifejezetten szolgálja a hulladékkeletkezés megelőzését [10.7]. Az ellentmondások csökkentése érdekében a bioüzemanyagokra és folyékony bio-energiahordozókra ún. fenntarthatósági kritériumokat állapítottak meg – csak azokat a bioüzemanyagokat lehet számításba venni a nemzeti célértékek teljesítésénél, illetve pénzügyi támogatásra való jogosultság megállapításánál, amelyek ezeknek a kritériumoknak megfelelnek [10.5]). Az első követelmény, hogy a bioüzemanyagok használatából eredő ÜHG-megtakarításnak el kell érnie a 35%-ot. (Ez az érték 2017-től tovább emelkedik). A megtakarítás mértékét a bioüzemanyagok felhasználásából eredő összes (teljes életciklus alatti) kibocsátás és a fosszilisüzemanyag-komparátor (dízel, benzin) felhasználásával járó kibocsátás értékei határozzák meg, ugyanakkor a megtakarítás számítására rendelt irányelvi módszer sajnos éppen azoknak a bioüzemanyagoknak kedvez, amelyek nem jelentenek nagyobb üvegházgáz-megtakarítást, vagy még több ÜHG-kibocsátással járnak [10.5]. Ami a további kritériumokat illeti, a bioüzemanyagokat nem lehet olyan nyersanyagból előállítani, amely a biológiai sokféleség szempontjából elismerten nagy értéket képviselő, illetve nagy szénkészlettel rendelkező földterületekről származik. Ennél konkrétabb meghatározással is él a jogszabály, felsorolja ugyanis azokat a területeket, amelyek ezen a kategóriákba tartoznak (pl. elsődleges erdő és egyéb erdős terület, nagy biodiverzitású gyepterület, tőzeges ősláp stb.). Az irányelv célkitűzéseinek teljesítésével kapcsolatban mindenképpen ki kell térnünk a támogatásokra. Az EU-ban az állami támogatások, mivel versenytorzulást eredményezhetnek, főszabály szerint tilosak. Nem úgy a megújuló energiaforrások felhasználásának ösztönzése, ugyanis a megújuló energiaforrások az energiapiacon versenyhátránnyal küzdenek a magas induló költségek, bizonytalanságok és a befektetések hosszú megtérülési ideje miatt [10.70]. A versenyhátrány tulajdonképpen abból adódik, hogy a hagyományos energiapiaci szereplők gyakorlatilag nem fizetik meg tevékenységük tényleges környezeti költségeit. Az irányelv a támogatási rendszer fogalmának meghatározásakor több példát is említ a támogatások lehetséges formáira, úgymint a 344


beruházási támogatásokat, az adómentességet vagy adókedvezményeket, az adó-visszatérítést, a megújuló energiával kapcsolatos kötelezettséghez kapcsolódó – többek között ún. zöld bizonyítványokat alkalmazó – támogatási rendszereket, valamint a közvetlen ártámogatás rendszerét, beleértve a betáplálási tarifát és a támogatások kifizetését, de nem korlátozódik az említettekre [10.19] [10.53]. Ezek közül az átvételi kötelezettséget a későbbiekben részletesebben is bemutatjuk. A támogatási rendszerek harmonizációja megítélésünk szerint nem szükségszerű, de akár hátrányos is lehet, hiszen ha egy konkrét támogatási modellre esne az EU választása, az hátrányosan érintené az attól eltérő rendszert alkalmazó tagállamokat, és a fölösleges váltás csak megnehezítené a megújuló energiaforrások részarányára vonatkozó célértékek teljesítését [10.7]. A megújuló energiaforrások térnyerését legalább olyan mértékben befolyásolja a tagállami engedélyezési eljárás megfelelősége, mint a pénzügyi támogatás [10.33]; az új irányelv már tartalmaz néhány alapvető követelményt erre vonatkozóan is. Ilyen például, hogy az engedélyezéssel kapcsolatos nemzeti előírások arányosak és szükségesek legyenek, illetve hogy a kisebb projektek számára könnyített jóváhagyási eljárást alakítsanak ki. Az irányelv mintegy „ötleteket is ad” a tagállamoknak arra nézve, hogy miként mozdítsák elő a megújuló energiaforrások felhasználását. Pl., hogy a közszektor példamutatásának keretében tegyék lehetővé, hogy középületek, illetve vegyes tulajdonú köz- és magánépületek tetőzetét harmadik felek megújuló energiaforrásokból energiát előállító berendezések telepítésére használják. A tagállamok kötelezettséget állapíthatnak meg a megújuló energiaforrásból előállított energia minimálisan felhasználandó szintjére az új, vagy a már meglévő, de nagyobb felújítás alatt álló épületek tekintetében. Itt lenne az ideje, különösen az ún. „közel nulla energiaigényű épületekkel” kapcsolatos célkitűzések fényében (lásd alább), hogy az Európai Unió elvárja ezt a tagállamoktól, és ne csak lehetőségként hivatkozzon rá. Külön szabályozott kérdés a hálózathoz történő hozzáférés. Az irányelv elvárja a tagállamoktól, hogy a távvezeték-hálózatot, valamint a tagállamok közötti rendszerösszekötőket fejlesszék annak érdekében, hogy a megújuló energiaforrásból előállított villamos energia a távvezeték-hálózathoz való hozzáférésnél elsőbbséget élvezzen vagy garantált hozzáféréssel rendelkezzen. Továbbá biztosítani kell azt is, hogy a szállítási rendszerüzemeltetők a villamosenergia-termelő létesítményektől érkező hálózati terhelés elosztása során átlátható, megkülönböztetésmentes kritériumok alapján előnyben részesítsék a megújuló energiaforrásokat felhasználó létesítményeket. Annak érdekében, hogy ne lehessen kijátszani ez utóbbi követelményt, az érintett rendszerüzemeltetőknek jelentést kell készíteniük az illetékes szabályozó hatóság részére korlátozó intézkedéseikről. Ez a rendelkezés annak megakadályozására szolgál, hogy a megújuló energiaforrásból előállított villamos energia hálózathoz való hozzáférését meg lehessen tagadni arra hivatkozva, hogy az energiaigényeket már más forrásból kielégítették. Az egyetlen kibúvót az átviteli hálózat biztonságos működése jelenti, amelynek érdekében például Magyarországon eredetileg 330 MW kapacitásban korlátozták a szélenergia felhasználásával előállítható villamos energia mennyiségét. A hálózathoz történő csatlakozás kulcskérdése az is, hogy kinek kell viselnie annak igen jelentős költségeit. Általában ez a csatlakozni kívánó feladata, de a megújuló ener345


giaforrások térnyerését szolgálja, ha a költségeket az átviteli, vagy elosztó hálózat üzemeltetőjére hárítják. Az irányelv ennek kötelezővé tételét nem várja el a tagállamoktól, de lehetővé teszi, hogy a költségek teljes vagy részleges felvállalásával pozitívan különböztessék meg a megújuló energiaforrásból energiát termelőket [10.9].

10.5.2. A megújulók támogatása a tagállamokban – a kötelező átvételi rendszer A megújuló energiahordozókból előállított villamos energia támogatására Európában többféle modell jött létre [10.52]. Az első a nálunk is alkalmazott kötelező átvételi rendszer (Kát.), illetve az annak megfelelő „betáplálási kötelezettség,” amit Németországban mind a megújuló energiák, mind a kapcsolt energiatermelés ösztönzésére alkalmaznak (Einspeiseregelung). Ebben a modellben az elsőbbség biztosítása és a piacinál magasabb átvételi ár kikötése a meghatározó. A második modell a (svéd, brit, olasz, belga vagy lengyel jogból ismert) kvótaszabályozás, amelyben a megújuló energiák ára nem különbözik ugyan a többiétől, ellenben az energiatermelés többletköltségeit az arra kötelezett árampiaci szereplők ún. zöld bizonyítványok vásárlásával fedezik (az állam megszabja az általuk vásárolandó zöld energia arányát vagy az azt helyettesítő zöld bizonyítványok mennyiségét). Egy harmadik modellként a (francia és ír jogban alkalmazott) tenderrendszer értelmezhető, amelyben az állam által kiírt pályázat alapján a legolcsóbb ajánlatot tevő áramtermelő nyújthatja a szolgáltatást, és támogatásban részesül (amit végeredményben a fogyasztók fizetnek meg). Ezt a módszert újabban a Kát-tal kombinálva alkalmazzák. Elképzelhető megoldás lehet még a megújulókból való áramtermelés adókedvezményekkel való ösztönzése is (úgy, mint pl. Máltán és Finnországban). Mint említettük, a megújuló energiaforrásból származó energiával termelt villamos energia (valamint a hulladékból nyert energiával termelt villamos energia) támogatására Magyarországon is a kötelező átvétel rendszerét alkalmazzák. (A kormány a szabályozás fejlesztésére előkészítette a METÁR elnevezésű koncepciót, azonban az annak megfelelő, új szabályozást még nem fogadták el) [10.9]. A hatályos szabályok szerint a zöld áram átvételére minden villamosenergia-kereskedő és a felhasználónak közvetlenül értékesítő termelői engedélyes – a felhasználó(i) részére értékesített villamos energia arányában – köteles. Azonban ellentétben a korábbi szabályozással – ahol közvetlenül vették át a megtermelt zöld áramot a termelőktől, és ezért ellentételezésként a rendszerirányítótól az átvételi és a közüzemi díjak különbsége alapján számított „kompenzációt” kaptak –, most a rendszerirányító közvetítésével működik a rendszer. Vagyis először a rendszerirányító (MAVIR Zrt.) fogadja be a megtermelt áramot, és a 109/2007. (XII.23.) GKM rendelet alapján szétosztja az átvételre kötelezettek között. Az átvételre kötelezettek a rájuk háruló többletköltségeket az általuk értékesített villamos energia eladási árában érvényesíthetik. Vagyis végső soron a megújuló energiaforrásból történő villamosenergia-termelést a fogyasztók finanszírozzák [10.24]. Ha az átvételi kötelezettség alá eső villamos energia termelője (értékesítő) a kötelező átvételi rendszer keretében kívánja a megújuló energiaforrásból nyert energiával termelt villamos energiát vagy annak egy részét értékesíteni, akkor a kötelező átvétel 346


időtartamának és az átvétel alá eső villamos energia mennyiségének megállapítása céljából kérelmet kell benyújtania a Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatalhoz. Ugyanis Németországgal ellentétben, ahol az átvétel időtartamát jogszabályban rögzítik, és az a túltámogatás megelőzése érdekében idővel progresszív módon csökken, a hazai rendszerben az átvételi időtartamot – a megtérülési idő alapján – a hivatal állapítja meg határozatban. Ugyancsak a hivatal határozza meg a kötelező átvétel alá eső villamos energia mennyiségét is az erőműegység teljesítőképessége, a kihasználási óraszám és az önfogyasztás figyelembevételével. Ezzel az egyébként biztos befektetői környezet megteremtésére alkalmas kötelező átvételi rendszer veszít a kiszámíthatóságából [10.9]. A kötelező átvételi jogosultság egyébként (szintén a német megoldástól eltérve) a kötelező átvételre meghatározott időtartam leteltével, vagy az összes átveendő energiamennyiség értékesítésével egyaránt megszűnik. A Kát. rendszer meghatározó eleme a kötelező átvételi ár. Ennek mértéke a villamos energiáról szóló 2007. évi LXXXVI. törvényben maximálva van, és a törvény azt is lehetővé teszi, hogy a Kát. rendelet az átvételi árak között energiaforrásonként, termelési eljárásonként, valamint az erőművek teljesítőképességére tekintettel differenciáljon. Ezzel a lehetőséggel a Kát. rendelet csak részben él, ugyanis az átvételi árak jelenleg az erőmű mérete alapján (20 MW alatt, 20–50 MW, valamint 50 MW fölött), a régi (2008. január 1. előtt jogosultságot szerzett) és új belépők között, valamint napszakonként (csúcs-, völgy-, mélyvölgy időszak) differenciáltak. A kisebb méretből adódó versenyhátrányt magasabb átvételi árakkal kompenzálja a jogszabály, ugyanakkor a régi és új belépők közötti, jelenlegi megkülönböztetés indokolatlan. A régi erőművek ugyanis technológiájukból (vegyes tüzelés) adódóan mintegy harmadával kisebb átvételi ár mellett is jövedelmezően működhetnek. Ezt a helyzetet enyhíti némiképpen a Kát. rendeletnek az a rendelkezése, miszerint vegyes tüzelés esetén, ha a megújuló energiaforrástól eltérő energiaforrás részaránya az 50%-ot meghaladja, akkor a kötelező átvétel alá eső villamos energia mennyiségére 10%-kal alacsonyabb átvételi árat kell alkalmazni. A jelenlegi átvételi árak egyébként összességében túl alacsonyak, és a magasabb fajlagos költségű (pl. geotermikus, napenergia) beruházások ösztönzésére kevéssé alkalmasak [10.9]. Ez abból a szempontból is hátrányos, hogy a határokon ennek következtében ún. tüzelőanyag-elszívó hatás érvényesülhet azon országok irányából, ahol az átvételi ár magasabb (hiszen ott valószínűleg a tűzifáért is magasabb árat tudnak kínálni). A Kát-ban lényegében minden megújuló energiaforrásból nyert energiával villamos energiát termelő részt vehet (10.53), a háztartási méretű kiserőművek (≤50 kVA) kivételével. Ezekre ugyanis nem terjed ki a Kát. rendelet hatálya. Ennek oka, hogy a magyar kötelező átvételi rendszerben (rendszerszabályozási okokból) nem kívánják az ilyen kis energiatermelő egységeket támogatni, sőt az ilyen erőművek által termelt „fölösleges” villamos energiát sem lehet kedvező áron az elosztói rendszerüzemeltetőnek eladni. A jelenlegi szabályozási politika ezzel az ilyen háztartási méretű erőműveknek (pl. szélgenerátorok) a szigetüzemszerű működését ösztönzi, a villamos energia hálózatba történő integrálása helyett. A jövőre nézve e megközelítésen változtatni érdemes, hiszen a decentralizált (a fogyasztás helyéhez legközelebbi) energiatermelés a jövő útja, különösen környezeti szempontból. 347


A német modellre [10.52] rátérve, abban a villamos energia hálózat üzemeltetők kötelesek a hálózathoz való hozzáférés során a megújulókból előállított energia számára elsőbbséget biztosítani, az ilyen elektromos áramot átvenni, s azt követően továbbítani (elosztani). Az energiatermelő megjelölheti a számára legkedvezőbb csatlakozási pontot, amely általában a hozzá legközelebbi, arra alkalmas csatlakozási hely. A hálózatüzemeltető kötelezettsége – amennyiben az nem okoz számára aránytalan költséget – arra is kiterjed, hogy a csatlakoztatáshoz szükséges hálózati fejlesztéseket (a rendszer optimalizálását, pl. új transzformátor építését) elvégezze, illetve hogy a termelőnek a csatlakozáshoz szükséges beruházását (pl. a vezetéképítést) tűrje (de azt már nem neki kell finanszíroznia). A szabályozás stabilitásához, a beruházások megtérüléséhez nagymértékben hozzájárul, hogy az átvételi ár minden új létesítmény esetében az üzembe helyezés évétől számított 20 évre szól, ami megfelel az energiaágazat amortizációs ciklusának [10.26]. A német szabályozásnak a magasabb rendű, alapvető jogokat és szabadságokat rögzítő rendelkezésekkel való összeegyeztethetősége három vonatkozásban is felmerült: a szövetségi alaptörvénnyel (pl. vállalkozás szabadsága), az Európai Unió Működéséről szóló Szerződés 107. cikkében szabályozott, nem megengedett állami támogatásokkal, valamint a 34. cikkben garantált áruk szabad mozgásával kapcsolatban [10.13]. Magyar szemmel nézve az uniós jognak való megfelelés kérdése a legfontosabb. Az EU Bírósága korábban a Preußen-Elektra ügyben (C-379/98) azt rögzítette, hogy nincs szó bizottsági kontroll alá eső intézkedésről, többek közt azért, mert a német modellben az állami költségvetést semmilyen fizetési kötelezettség nem terheli, vagyis az átvételi ár kifizetése valójában magánjogi szerződések alapján kifizetett ellentételezés csupán. A bíróság a környezetvédelmi közérdek fennállását is megállapította, mint ami miatt az áruk szabad mozgásának korlátozása fenntartható. Igaz, hogy azóta sokat változott a német joganyag (nagyobb az állami beavatkozás mértéke, szaporodtak a szabályozás alóli kivételek), illetve további, releváns ítéletek születtek (különösen a C-48/99 sz. Stardust Marine és a C-280/00 sz. Altmark Trans ügyekben), összességében azonban, mivel továbbra sincs szó a tagállami költségvetés szerepvállalásáról, a német jog továbbra is megfelel az uniós elvárásoknak [10.13]. A német szabályozás ezernyi részlete közül [10.26] figyelemre méltónak tartjuk, hogy a kizárólag megújuló energiahordozót hasznosító erőművekre nem terjed ki a kibocsátási kvótarendszer hatálya (kettős támogatás). A termelőnek minden, általa termelt energiát fel kell ajánlania a hálózatüzemeltető számára (így a termelők kevésbé spekulálhatnak az áram árának rövid távú ingadozásaira). Nemzeti fenntarthatósági követelményeket érvényesítenek (a védett természeti területről származó szélenergiára nem érvényes az átvételi ár, a vízerőműveknél figyelembe veszik a vizek jó állapotának a követelményeit, számít a létesítmény zöldterület-igénye is, stb.). A szabályozást 2012-ben úgy módosították, hogy az a megújuló energiahordozók folyamatosan növekvő részarányát írja elő, mégpedig jóval az EU által meghatározott szint fölött. Eszerint 2020-ra 35%-ot, majd tízévente további 10-10%-kal 2050-re ös�szesen 80%-ot kell elérni [10.53]. Elmondható, hogy a megújuló ágazat a német energiapiac különleges szegmense (amely nehezen illeszkedik az alapvetően versenyalapú energiapiachoz), komoly költségkihatásokkal jár (különösen a napenergia esetén, 348

10.6. Az új energiahatékonysági irányelvről

amely a legdrágább villamosenergia-termelési technológia, és amelyhez a legmagasabb átvételi ár tartozik), és a villamos energia hálózattal szemben is jelentős kihívást jelent (a hálózatfejlesztés, rendszerstabilitás terén). A szabályozás eddigi eredményessége a magas költségek okán ugyan vitatható, ugyanakkor kétségtelen tény, hogy az eltelt, alig másfél évtized alatt kiugró – legfeljebb a spanyol eredményekkel összemérhető arányú – növekedést eredményezett a megújulók térnyerésében, és ezenfelül is jelentősen hozzájárult a műszaki és a gazdasági fejlődés felgyorsulásához, e téren a versenyhez, illetve (az atomerőművek bezárásával párhuzamosan) az energiarendszer decentralizációjához [10.74].

10.6. Az új energiahatékonysági irányelvről Már korábban is létezett ugyan egy irányelv az energia-végfelhasználás hatékonyságáról (2006/32/EK), de az olyan általános és megfoghatatlan követelményeket támasztott, amelyek nem voltak alkalmasak az energiafelhasználás csökkentésével kapcsolatos, 20%-os célkitűzés elérésére [10.55]. Az irányelv tagállamokra levetített célokat (százalékos arányt vagy elérendő mennyiséget) nem ír elő, így azokat a tagállamoknak a közösségi célkitűzés figyelembevételével maguknak kell meghatározniuk és bejelenteniük az Európai Bizottságnak (ún. indikatív tagállami energiahatékonysági célkitűzések). Ugyanakkor a 7. cikkben konkrét intézkedéseket irányoz elő (ezek némelyikét alább megvizsgáljuk), amelyekkel az energiahatékonysági irányelv által kitűzött energiamegtakarítások jelentős része elérhető lesz. (2020. december 31-ig évente legalább 1,5% új energiamegtakarítást kell megvalósítani, amit az előző évihez mindig hozzá kell adni, s így 2020-ban már legalább 10,5% új energiamegtakarítást kell elérni a végfelhasználók körében; ezzel a 7 év alatt összesen legalább 42% végső energiamegtakarítást kell elérni.) Az ún. energiahatékonysági kötelezettségi rendszerek keretében a tagállamok általában az energiaszolgáltatókat és/vagy az elosztói rendszerüzemeltetőket kötelezik konkrét energiamegtakarításra (pl. a brit, a belga, a francia és a lengyel jog már ismeri a megoldást). Az így elért energiamegtakarítást független szervek által kiadott igazolások (fehér bizonyítványok) tanúsítják, amelyeket aztán fel lehet használni állami támogatások vagy adókedvezmények igénybevételére is [10.43]. A bizonyítványoknak piaci értéke is van, azokkal akár kereskedni is lehet (azok a cégek, amelyek nem teljesítették a rájuk vonatkozó energiamegtakarítási követelményeket, a kötelezettségüket fehér bizonyítványok vásárlásával is teljesíthetik). Az, hogy ebben a rendszerben az energiaelosztókat, illetve energiaértékesítőket kötelezik az energiamegtakarítás megvalósítására, a teljesítés ellenőrzésére és ezzel finanszírozására, különösen az állami költségvetés (illetve bürokrácia) szempontjából kedvező megoldás (főleg gazdasági recesszió idején). Ugyanakkor látnunk kell, hogy végeredményben nem a kötelezett felek viselik az energiamegtakarítás költségeit, hanem a végső fogyasztók. Az irányelv lehetővé teszi, hogy a tagállamok az energiahatékonysági kötelezettségi rendszer alternatívájaként (akár azzal kombinálva, de ha azzal egyenértékű 349


energiamegtakarítás érhető el, akár helyette) más szakpolitikai intézkedéseket alkalmazzanak az energiamegtakarítás eléréséhez. Olyan országok esetében lehet ez célszerű, amelyekben a kötelezettségek rendszerét már régebben alkalmazzák (és emiatt az irányelv szerinti kötelezettségi rendszer „bevezetésétől” aligha várható új energiamegtakarítás), illetve amelyek minél rugalmasabb, piacorientált szabályozást részesítenének előnyben (ami felmerül pl. Németország esetén [10.43]). A jogszabály több szakpolitikai intézkedést emeli ki e körben, de felsorolásuk nem kimerítő jellegű, úgyhogy a tagállamok más intézkedést is alkalmazhatnak, amely ösztönzi a hatékonyabb technológiák terjedését, és a végső energiafogyasztás csökkentése irányában hat (pl. energia- vagy CO2-adók, különböző pénzügyi ösztönzők, önkéntes megállapodások, energiacímkézési rendszerek, tanácsadás stb.) Az ilyen intézkedéssel szemben elvárás, hogy új megtakarításokhoz vezessen, és a hatályos uniós jogban rögzített kötelezettségeiken túllépjen [10.61]. Annak érdekében, hogy a tagállamok példát mutassanak, az irányelv elvárja, hogy a központi kormányzat tulajdonában és használatában lévő fűtött és/vagy hűtött épületek 3%-át (a számításnál a teljes alapterületet véve alapul) évente felújítsák. A felújítás eredményével kapcsolatos uniós elvárás az adott tagállamra nézve a 2010/31/EU irányelvben előírt minimumkövetelmények betartása (ez a rendelkezés nem felváltja, csak kiegészíti az épületek energiahatékonyságáról szóló irányelv követelményeit). A tagállamok lényegében maguk döntik el, hogy mely épületeket újítják fel, de a felújítandó épületek sorában a legalacsonyabb energiahatékonyságú épületeknek kell elsőbbséget biztosítaniuk. Az Európai Bizottság egyébként eredetileg minden középületre szerette volna a 3%-os felújítási kötelezettséget rögzíteni az irányelvben, ami a jövőben ismét napirendre kerülhet [10.43]. Minden esetre a tagállamok önkéntes alapon máris kiterjeszthetik a felújítást a helyi és regionális szerveik épületeire. 2013. december 31ig egyébként nyilvánosságra kellett (volna) hozniuk az érintett központi kormányzati intézményeknek a nyilvántartását; Magyarországon azonban – noha már megindult az információgyűjtés – erre 2014 nyaráig nem került sor. Az irányelvnek a közbeszerzéseket érintő elvárásai (miszerint a tagállami kormányok – a költséghatékonyság, a gazdasági megvalósíthatóság, illetve a tágabban értelmezett fenntarthatóság teljesülése esetén – kötelesek az energiahatékonysági követelményeknek megfelelő épületek vásárlására) arra a dilemmára mutatnak rá, hogy az energiatakarékosság szempontjai idegen elemek a közbeszerzésben, amely eredendően azt a célt szolgálja, hogy a versenyben a leggazdaságosabb ajánlatot válasszák ki [10.60]. Az irányelvnek ezt a rendelkezését ezért nem is tartjuk kellően fajsúlyosnak, hiába a szankcionálási kötelezettség. A korábbi irányelv előírta, hogy hatékony, jó minőségű energia-auditálási rendszerek álljanak a végső fogyasztók rendelkezésére. Ehhez az esetleges előíráshoz képest az új szabályozás már azt követeli meg, hogy a nagyobb (kkv-nak nem minősülő) vállalkozások rendszeresen (négyévente) független energetikai auditot hajtsanak végre. Ez a megoldás mindenképpen előrelépésnek tekinthető a szabályozás hatékonysága szempontjából. Míg a 2006/32/EK irányelvet alapvetően a keresletoldali szabályozás jellemezte, és a kínálatoldali szabályozást egy külön jogszabály, a nagy hatásfokú kapcsolt energiater350

10.7. Az épületek energiahatékonyságára vonatkozó uniós szabályozásról

melés támogatásáról szóló 2004/8/EK irányelv testesítette meg, addig az új irányelv ezt a két szabályozási megközelítést egybefoglalta. Arra törekszik, hogy a tagállamok energiahatékonysági potenciálját tudatosítsa, illetve az energiahatékonyságot, mint szempontot a különböző szintű döntéshozatalokba integrálja. Amennyiben van lehetőség nagy hatásfokú kapcsolt energiatermelés, illetve hatékony távfűtés/hűtés alkalmazására, ahol a haszon meghaladja a költségeket, a tagállamoknak meg kell tenniük a „megfelelő intézkedéseket”. Az Európai Bizottság szerint megfelelő intézkedés az is, ha a tagállam engedélyezési kritériumként rögzíti a költség-haszon elemzés eredményének figyelembevételét. Megköveteli továbbá a tagállamoktól az irányelv a nagy hatásfokú kapcsolt energiatermelésből származó villamos energia átvételének és elosztásának garantálását, a hálózathoz való elsőbbségi vagy garantált hozzáférését, valamint elsőbbségi szállítását a villamosenergia-termelő létesítmények kiszolgálása során, amennyiben ezt a nemzeti villamosenergia-rendszer biztonságos működése lehetővé teszi [10.60]. Mivel a megújuló energiaforrásból előállított energia is elsőbbséget élvez, a tagállamok az elsőbbségi hozzáférés biztosításakor rangsorolhatják a megújuló energiaforrásból és a kapcsolt energiatermelésből származó villamos energiát, és e két kategórián belül is a különböző technológiákat. Összességében elmondható, hogy az irányelv tág mozgásteret enged a tagállami implementációnak, különösen azzal, hogy több esetben is alternatív követelményeket szab, kivételeket tesz lehetővé, akár a követelmények szigorítását is. Az energiapolitikai viták részének a tagállami szintre tolása valósult meg ezzel, ami jogi szempontból a különböző szereplők (szolgáltatók, kereskedők, végfogyasztók stb.) alapjogainak (különösen a tulajdonhoz való jognak és a vállalkozás szabadságának) a súlyozását teszi lehetővé a tagállami implementáció körében.

10.7. Az épületek energiahatékonyságára vonatkozó uniós szabályozásról A közelmúltban az épületek energiateljesítményéről szóló 2002/91/EK irányelvet felváltotta a 2010/31/EU irányelv [10.9]. Ez néhány ponton hozott ugyan újításokat (pl. a közel nulla energiaigényű épületekre vonatkozó célok), a korábbi szabályozásból azonban több elem is megmaradt (pl. energiatanúsítványok, kazánok, légkondicionálók ellenőrzése független szakértők által stb.) A módosítás egyértelmű előnye, hogy míg a korábbi irányelv csupán annyit írt elő a tagállamoknak, hogy határozzanak meg minimális épületenergetikai követelményeket, addig a 2010/31/EU irányelv elvárja, hogy 2020. december 31-ig valamennyi új (illetve jelentősen felújított) épület közel nulla energiaigényű legyen [10.12]. A közel nulla energiaigényű épület nem azonos a passzív ház kategóriájával, hanem az irányelv I. mellékletével összhangban meghatározott, igen magas energiahatékonysággal rendelkező épület. Azt, hogy ezen fogalmi kereten belül mit takar a közel nulla energiaigényű épület, a tagállamok eltérően határozhatják meg, a saját realitásaikhoz igazítva a követelményeket, amely351


nek eredményeképpen valahol igen szigorú, míg másutt enyhébb előírásoknak kell megfelelni. (Így például Németországban a küszöbérték még a passzívház-minősítéshez szükséges kritériumhoz képest is igen szigorú, ami Magyarországon nem lenne realitás.) Annak érdekében, hogy az irányelv célkitűzése világos és számon kérhető legyen, szükséges lenne annak a követelménynek (legfeljebb 40 kWh/m2 éves primerenergia-felhasználásnak) a rögzítése, amelyet minimálisan teljesíteni kell ahhoz, hogy ténylegesen közel nulla energiaigényű épületről beszélhessünk [10.12]. A közel nulla energiaigényű épületekre alkotott irányelvi definíció szerint csak az üzemeltetési energiafogyasztást kell vizsgálni, de ennek mérséklése olyan épületgépészeti és épületszerkezeti megoldásokat tesz szükségessé, amelyeknek az előállításához többletenergiát kell felhasználni. A valóban nulla energiaigényes épületeknél életcikluselemzés alapján ezeket is figyelembe kellene venni. Emellett a negatív visszahatásokat is azzal lehetne orvosolni, ha az irányelv az épületek teljes életciklusára nézve várná el a közel nulla energiaigényt [10.20]. További elvárás, hogy a felhasznált közel nulla vagy nagyon alacsony mennyiségű energiának „igen jelentős részben” megújuló forrásokból kellene származnia, beleértve a helyszínen vagy a közelben előállított megújuló forrásokból származó energiát is. Ez egy korántsem pontos meghatározás, amelyben különösen a „közeli” megújuló energiaforrás vethet fel érdekes jogi kérdéseket. Mivel itt olyan energiaforrásról lehet szó, amely egy épületcsoport energiaellátását szolgálja, érdemes tisztázni az épületcsoporthoz tartozó épülettulajdonosok energiával kapcsolatos jogait és kötelezettségeit. Egy ilyen jellegű együttműködésnek adhatnak keretet például az ún. energiaszövetkezetek (ilyenekkel, pl. Németországban már szép számban találkozhatunk), amelyek révén a megújuló energiát előállító berendezés az épülettulajdonosok közös tulajdonába kerül, s valamennyi tulajdonost azonos jogok és kötelezettségek illetik meg, valamint terhelik [10.9]. Ezek közül érdemes kiemelni az információhoz való jogot (amelynek keretében a tulajdonosok nyomon követhetik az energiatermelést, a saját fogyasztásukat), valamint a közös tulajdon működtetésével kapcsolatos döntésekben való részvételt [10.12]. Az épületre és azok gépészeti rendszereire irányuló követelmények meghatározása mellett az európai szabályozás egy másik eszközt is alkalmaz az energiafelhasználás csökkentésére. Ez a 2002-es irányelvből már ismert energiatanúsítási-rendszer [10.38]. Az irányelv szerint a tagállamoknak gondoskodniuk kell arról, hogy minden felépült, eladott, vagy új bérlőnek bérbe adott épület, vagy önálló rendeltetésű egység esetén energiatanúsítvány készüljön, amelyet az új vevőnek, illetve bérlőnek kell bemutatni. Mint látható, ez az előírás jóval szélesebb kört érint, mint az épületenergetikai követelmények alkalmazása. Az új tulajdonosok, vagy bérlők megismerhetik az épület átfogó energiahatékonysági mutatóját, valamint az energiahatékonyságra vonatkozó minimumkövetelményeket. Ezenfelül az energiatanúsítványnak tartalmaznia kell egy ajánlást is az épület energiahatékonyságának költségoptimalizált növelésére. Új elem, hogy már az értékesítésre vagy bérbeadásra vonatkozó hirdetésekben is fel kell tüntetni az épület energiahatékonysági mutatóját, ami nagymértékben hozzájárul a tanúsítvány népszerűsítéséhez [10.12]. Szigorodott az irányelv rendelkezése a középületek tekintetében, amennyiben már nemcsak az 1000 m² feletti középületekre kötelező a 352

10.8. Az Európai Unió közúti közlekedésre vonatkozó energiahatékonysági…

tanúsítvány, hanem az 500 m², 2015. július 9-től pedig a 250 m² feletti épületekre nézve is. A közszektor példamutatása érdekében a tanúsítványt ezekben az épületekben jól látható helyre kell kifüggeszteni. Egy nagyon fontos elemmel, a szankcionálási kötelezettséggel is gyarapodott az új szabályozás. Ennek ellenére hazánkban úgy ültették át a fenti előírásokat, hogy lényegében semmi sem garantálja azok alkalmazását [10.6]. Az irányelv végezetül rögzít bizonyos szabályokat azokra a személyekre is, akik az energiahatékonyság tanúsítását, vagy az épületgépészeti rendszerek helyszíni vizsgálatát végzik. Előírja, hogy erre független, képesített, illetve elismert szakértők által kerülhet sor, akik lehetnek magánvállalkozók, de akár állami szervek alkalmazottai is [10.9]. Összességében elmondható, hogy az épületek és azok szerves részét alkotó épületgépészeti rendszerekre irányuló uniós szabályozást tartják világszerte a legfejlettebbnek, s a szabályozás napjainkban is alakulóban van és egyértelműen a megfelelő irányban fejlődik. Ennek ellenére még mindig nem elég hatékony, mivel az épületállomány jelentősebb részét kitevő, már meglévő épületeket alig érinti, amelyekben pedig köztudottan nagyobb energiamegtakarítási lehetőségek vannak [10.18]. Az új irányelv jó irányba mozdult el azzal is, hogy egyre kisebb épületek jelentős felújítása esetén kell a szigorodó energiahatékonysági követelményeket alkalmazni, azonban az, hogy ezt funkcionális, műszaki és gazdasági megvalósíthatósághoz köti, valamint lehetőséget ad arra, hogy az új követelményeket csak a felújított épületelemekre alkalmazzák, erőtlenné teszi az előírásokat. A legfontosabb teendő tehát a meglévő épületekre is kiterjeszteni a szabályozást [10.9] [10.18].

10.8. Az Európai Unió közúti közlekedésre vonatkozó energiahatékonysági és energiatakarékossági szabályozásáról Az energiafelhasználást tekintve az érintett ágazatok közül a közlekedési szektor növekszik a legdinamikusabban, amely így az üvegházhatást okozó gázok leggyorsabban növekvő forrása is egyben (az összes CO2- kibocsátás 28%-áért felelős). A közlekedés jelenleg Európa ún. végső energiafelhasználásának csaknem 33%-át teszi ki; a légi, vízi és vasúti közlekedés szerepe a közútihoz képest majdhogynem elhanyagolható, ezért a következőkben csak a közúti közlekedés energiafelhasználását csökkentő előírásokkal foglalkozunk, mégpedig az uniós szabályozás szintjén. Idetartoznak egyrészt a fogyasztóknak nyújtott tájékoztatás, a gépjárművek adóztatásának harmonizációja, másrészt pedig a személygépkocsik maximális fajlagos CO2-kibocsátására vonatkozó követelmények [10.9]. Az EU leginkább CO2-kibocsátási követelmények megfogalmazásával járul hozzá a közúti közlekedés energiafelhasználásának csökkentéséhez. A CO2-kibocsátás csökkentésével ugyanis egyidejűleg csökken az üzemanyag-fogyasztás is. Az Európai Unión kívül csak Kaliforniában biztosítják ilyen módon az üzemanyag hatékonyság növelését, egyébként jellemzően világszerte (pl. USA, Ausztrália, Japán, Korea, Kína) ún. üzemanyag hatékonysági standardokat alkalmaznak inkább. Ezek az üzemanyag 353


hatékonysági standardok általában kötelező jellegűek, az EU azonban eredetileg ezen a területen nem fogalmazott meg kötelező jellegű követelményeket. Ehelyett azt az utat választotta, hogy az európai gépjárműiparral szerződésben állapodott meg a CO2kibocsátás csökkentésére [10.10]. Az ütemterv szerinti köztes célkitűzéseket a dízelüzemű járművek eladásának fokozásával teljesítették ugyan a vállalatok, de bebizonyosodott, hogy a 2008-ra, illetve 2009-re vállalt végső célt nem fogják majd elérni; ezért az Európai Bizottság elismerve a kudarcot, 2007-ban bejelentette, hogy kötelező jellegű követelmények megfogalmazására nyújt be javaslatot. Az Európai Parlament és a Tanács – a klímacsomag részeként – ennek eredményeképpen fogadta el az új személygépkocsikra vonatkozó kibocsátási követelmények meghatározásáról szóló 443/2009/EK rendeletet. A szabályozás egyelőre csupán a személygépkocsikra terjed ki, de az Európai Bizottság már benyújtotta jogszabálytervezetét a könnyű haszongépjárművek szén-dioxid-kibocsátásának csökkentésére is, valamint a szabályozásnak a nehézgépjárművekre történő kiterjesztése is tanulmányozás alatt áll. Ez utóbbi gépjármű kategóriára mihamarabb célszerű kiterjeszteni a szabályozás hatályát, tekintve, hogy igen jelentős e járműflotta energiafelhasználása [10.9]. A rendelet hatálya csak az új személygépkocsikra terjed ki, az autóállomány jelentősebb részét képező használt gépkocsik energiafelhasználásának csökkentésére a közösségi szabályozás más módon hat. Erre szolgáló eszköz például az energiaadó (amely az üzemanyag árát növeli), valamint az energiafelhasználás csökkentését szolgáló vezetési stílus oktatása, amely a 2003/59/EK irányelv értelmében valamennyi közúti árufuvarozást vagy személyszállítást végző járművezető továbbképzésének szerves része kell hogy legyen. A rendelet szerint 2012. január 1-jétől minden személygépkocsi-gyártónak biztosítania kell, hogy az átlagos fajlagos CO2-kibocsátása ne haladja meg az arra vonatkozó, fajlagos kibocsátási célértéket (ez egy átlagos tömegű gépkocsi esetén 130 g/km). Ha azonban a jármű az átlagosnál nagyobb, vagy kisebb tömegű, akkor a célérték is nagyobb, illetve kisebb. Ez egy rugalmas szabályozás, amennyiben nagyobb mozgásteret hagy a gyártók számára. Ha ugyanis veszélybe kerülne a célérték megvalósulása, akkor a gyártók úgy tudnak javítani a helyzetükön, hogy a kis tömegű kocsik előállítására helyezik a hangsúlyt, hiszen végeredményben úgyis az átlag számít. A követelmények könnyebb adaptálását hivatott biztosítani az a rendelkezés is, miszerint az átlagos fajlagos CO2-kibocsátás számításánál 2012-ben csak a gépjárműflotta 65%-át kell figyelembe venni. Ez az érték 2015-re fokozatosan emelkedik 100%-ra. A nagyon alacsony (50 g/km alatti) kibocsátású gépkocsikat a jogszabály által felvázolt rendszer úgy jutalmazza, hogy a számításoknál az ilyen autók súlyozva vehetők figyelembe. A könnyű haszongépjárművek tekintetében a célérték a tervek szerint a személygépkocsikhoz képest enyhébb (175 g/km) lenne. Ennek oka valószínűleg annak a figyelembevétele, hogy a követelmények szigorodásával járó áremelkedés erőteljesen kihat majd a gazdaság más ágazataira is. A mi nézőpontunkból ez elfogadható, hiszen a könnyű haszongépjárművek az állománynak csupán kb. 10%-át teszik ki. A rugalmasságot szolgálja az is, hogy a kötelezettségek teljesítése érdekében a gyártók csoportosulásokat is létrehozhatnak (pooling). Ilyen esetben az irányelvben foglalt fajlagos kibocsátási célértéket nem a gyártónak, hanem a csoportosulásnak (együttesen) kell teljesítenie. Annak érdekében, hogy jobban értékelni tudjuk az EU által meg354

10.8. Az Európai Unió közúti közlekedésre vonatkozó energiahatékonysági…

fogalmazott követelmények szigorúságát, célszerű ezeket nemzetközi összehasonlítás alá vonni. Azzal, hogy az EU 2015-re 120 g/km-re akarja csökkenteni a gépjárműflotta CO2kibocsátását, bátran kijelenthetjük, hogy előírásai világviszonylatban is a legszigorúbbak. Tekintve, hogy vannak még kiaknázatlan technikai lehetőségek a közúti járművek energiahatékonyságának javítására (pl. további súlycsökkentés, az aerodinamikai jellemzők fejlesztése, a gumik gördülési ellenállásának csökkentése, a motortechnológia fejlesztése, elektromos, hibrid, hidrogéncellás járművek stb.), teljesen reálisnak tűnik az Unió azon elképzelése, miszerint 2020-tól már csak 95 g/km lehet a gépkocsik CO2kibocsátásának a megengedhető mértéke. Ahhoz persze, hogy az valóban teljesíthető legyen, elkerülhetetlen a szabályozás hatékonyságának további javítása is. A jelenlegi rugalmas megoldás ugyanis nem kellően hatékony, diszkriminatív, sőt összességében (a negatív visszahatások miatt) akár növelheti is a teljes CO2-kibocsátást [10.68]. Azzal, hogy a CO2-kibocsátási követelményeket a gyártóknak nem a gépkocsiflotta átlagában, hanem valamennyi gépjármű vonatkozásában teljesíteniük kellene, amellett, hogy hatékonyabban szolgálná a 2020-ra kitűzött 95 g/km-es célt, egyúttal jobban illeszkedne az EU már meglévő károsanyag-kibocsátást szabályozó Euro 5 és Euro 6 rendszerébe (lásd. az Európai Parlament és a Tanács 715/2007/EK rendeletét), ahol a követelményeknek szintén valamennyi gépjármű tekintetében kell megfelelni. A rendelet szerint azoknak a gyártóknak, illetve csoportosulásoknak, amelyek átlagos fajlagos CO2-kibocsátása meghaladja az ugyanazon évi fajlagos kibocsátási célértéket, 2012-től kezdve, minden naptári évre többletkibocsátási díjat kell fizetniük, amelyet az Európai Unió költségvetési bevételének kell tekinteni. A díj 2019-ig annak függvénye, hogy az adott gyártó milyen mértékben lépte túl a célértéket, de 2019-től kezdve egységessé válik (95 EUR/g CO2/km). A többletkibocsátási díj szankció, amely végeredményben beépül a termék árába, azaz közvetve a fogyasztók fizetik meg, és elméletileg arra ösztönzi őket, hogy az alacsonyabb CO2-kibocsátású kocsikat vásárolják. A gyakorlatban azonban a díj összege egy drága (jellemzően üzemanyagfaló) autónál elhanyagolható annak teljes vételárához képest, így nem alkalmas arra, hogy akadályozza azok további térnyerését. Ezt kétféleképpen oldhatnák meg: progresszív szankcióval, vagy a típusjóváhagyás megtagadásával. Persze az utóbbi megoldást csak abban az esetben lehetne alkalmazni, ha a kibocsátási követelményeket valamennyi gépkocsira nézve kötelezővé tennék. A rendeletben foglalt előírások betartásának ellenőrzése egyébként egy már működő rendszerben, az EK-típusjóváhagyás keretében történik, ami megkönnyíti azok érvényesítését. A kisebb autóipari vállalkozásoknak kedvez, hogy őket az Európai Bizottság kérelemre, legfeljebb öt évre mentesítheti a kibocsátási célérték teljesítése alól. Ezzel a rendelet lehetőséget ad arra, hogy az ilyen gyártók (mint a Ferrari, a Lamborghini, a Bentley) enyhébb követelményeknek feleljenek meg. Érthető az olyan vélemény, miszerint e luxusautók mentesítése a CO2-kibocsátási követelmények alól sérti az igazságosság és az egyenlőség elvét. Itt már nem a szennyező fizet elve, hanem éppen ellenkezőleg, aki fizet, szennyezhet „elve” érvényesül [10.3]. A gépjárművek CO2-kibocsátásának csökkentése érdekében az energiaadó mellett az Európai Bizottság át akarja alakítani a személygépkocsikra vonatkozó tagállami 355


adók rendszerét, amely jelenleg igen heterogén képet mutat [10.10]. Ezzel a jövőben eltörölnék a gépkocsik forgalomba helyezésének feltételéül szabott regisztrációs adót, másrészt a személygépkocsikat terhelő adók adóalapjába beépülne a gépjárművek szén-dioxid-kibocsátása is. Ez utóbbi – amennyiben például az új adómérték ös�szességében legalább akkora, vagy magasabb, mint a korábbi – pozitív lépés lenne a klímaváltozás enyhítése szempontjából, az előbbi hatása azonban kétséges. A magas regisztrációs adók megemelik a gépjárművek kiskereskedelmi árát, ami ezáltal abban akadályozza a fogyasztókat, hogy régi autójukat újabbra, üzemanyag-takarékosabbra cseréljék. Vagyis a tagállamonként eltérő regisztrációs adók eltörlésével javulhat a belső piac működése, és az energiafelhasználás, illetve CO2-kibocsátás is csökken. Ugyanakkor, ha csökken a gépkocsik ára, az bár rövid távon kedvező hatással van az energiafelhasználás csökkenésére, azonban hosszú távon, az alacsonyabb árak a fogyasztást ösztönözve végeredményben (negatív visszahatásként) növelik majd az energiaigényt [10.71] [10.35]. A közúti közlekedés energiafelhasználásának csökkentéséhez jelentős mértékben hozzájárul, ha a fogyasztók üzemanyag-takarékos gépkocsikat vásárolnak. A háztartási berendezésekhez hasonlóan, az ilyen döntéshozatalt befolyásolja az autó fogyasztásáról nyújtott tájékoztatás, amiről az 1999/94/EK irányelv rendelkezik. Az irányelv hatálya jelenleg csak az új személygépjárművekre terjed ki, de (és ez a szabályozás talán legnagyobb hiányossága) a nagyobb átlagos fogyasztású használt, valamint teherszállítás céljára szolgáló gépjárművekre nem. A jogszabály alapján az eladási helyen minden egyes új személygépkocsin, vagy annak közelében jól látható helyen el kell helyezni a gépjármű hivatalos üzemanyag-fogyasztását és fajlagos CO2-kibocsátását tartalmazó, szabványosított A4-es méretű tájékoztatót (pl. plakát formájában). Ennek minden új, az eladási helyen kiállított, illetve ott eladásra vagy lízingelésre felkínált autóra ki kell terjednie. Emellett reklámanyagokban és egy évente összeállított, valamennyi új személygépkocsi üzemanyag-fogyasztását magában foglaló útmutatóban is tájékoztatni kell a fogyasztókat. Azt leszámítva, hogy sokkal szebben és hatékonyabban is lehetne információt nyújtani a gépkocsik fogyasztásáról és CO2-kibocsátásáról (pl. a háztartási elektronikus berendezéseknél már ismert energiacímke formájában), az irányelv jó alapot kínál a szabályozás fejlesztéséhez [10.20].

10.9. Az atomenergia szerepéről 10.9.1. Az energiapolitikai döntések eljárásjogi legitimációja – kritikai megjegyzések a Paksi Atomerőmű bővítése kapcsán Az atomenergiáról szóló döntés az energiapolitika talán leginkább átpolitizált kérdése, amely nagyon sok szempont figyelembevételét igényli [10.31]. A műszaki lehetőségek (technikai fejlődés), ellátásbiztonság (az energiafüggőség csökkentése), az üzembiztonság és nemzetbiztonság (baleseti kockázatok, természeti erőknek és ter356

10.9. Az atomenergia szerepéről

rortámadásoknak való kitettség), a környezetvédelem (az erőforrások rendelkezésre állása, a keletkező hulladékok kezelhetősége), a klímavédelem (az üvegházgázok kibocsátásának csökkentése), a gazdaságosság (a beruházás megtérülése, a költségek tervezhetősége), a társadalmi elfogadottság stb. alapján születő értékválasztás jogi értelemben egy többlépcsős folyamat, a stratégiai tervezéstől a konkrét engedélyek kiadásáig. A döntés jogi kereteit magas szintű jogszabályok (pl. az atomenergiáról szóló törvény) adják, emellett az ágazat sajátosságainak megfelelően hosszú távú stratégiák készülnek, amelyek biztosítani hivatottak a különféle közérdekek érvényesítését [10.27]. Jellegüknél fogva azonban mindezek csupán laza keretet jelentenek, s különösen a (folytatásról, bővítésről vagy épp leállásról dönteni hivatott) törvényhozó hatalom számára nagy mozgásteret engednek. Jogi szempontból ezért egzakt vizsgálati tárgyként leginkább a döntéshozatali eljárás (tehát nem annyira a döntés tartalma, mint inkább a formája) kezelhető – mi is ezt állítottuk középpontba. Vajon érvényesülnek-e a demokrácia játékszabályai, a döntéshozatal törvényességére, átláthatóságára vonatkozó követelmények? A kutatás során feltártuk az előző időszak (2008–2013) jogszabályváltozásait, energiapolitikai döntéseit, releváns hatósági határozatait, a kapcsolódó szakirodalmi álláspontokat [10.2], sajtóreflexiókat, ombudsmani és civil állásfoglalásokat. Mindezeket az atomenergia mint veszélyes technológia sajátosságaiból kiindulva az elővigyázatosság elvének tükrében vizsgáltuk. Ez az elv a kockázatos emberi tevékenységek (technológiák) társadalmi megítélésének a változását, a kockázatok iránti érzékenység fokozódását tükrözi. A döntéshozókat arra inti, hogy ismereteink, technológiai lehetőségeink („mindenhatóságunk”) meglehetősen korlátozott; minden döntésről kiderülhet utóbb, hogy elhibázott volt. Természetesen azt nem kérhetjük számon a mai döntéseken, hogy jövőbeli ismereteken alapuljanak, azt azonban igen, hogy átgondoltan, a legkorszerűbb tudományos ismeretek, illetve a ma élő érintettek lehető legszélesebb körének – és nem csak az igenlő döntés mellett elkötelezetteknek – a bevonásával hozzák meg őket. Kétes helyzetekben a kockázatos tevékenységgel szemben (azt korlátozva, annak engedélyét megtagadva) kell dönteni, a megvalósítás során pedig a lehető legkisebb terhelésre és igénybevételre kell törekedni. Az elővigyázatosság elvének az érvényesítése a (környezeti) fenntarthatóságnak is nélkülözhetetlen feltétele [10.4]. Ami a stratégiai kereteket, országgyűlési állásfoglalásokat illeti, az volt megállapítható, hogy ezek között számos tartalmi ellentmondás áll fenn, illetve az érdemi döntések szakmai és társadalmi tekintetben egyaránt előkészítetlenek. Ehhez hozzájárult a törvényi felhatalmazások határozatlansága is. A jogszabályváltozások körében a legnyilvánvalóbb tendenciaként egyfelől a biztonsági követelmények szigorítását (nemzetközi jogi és EU-kötelezettségek alapján), másfelől az újabb atomerőművi kapacitások létesítésének a megkönnyítését fedeztük fel [10.27]. A korábbi szabályozás ugyan nem tiltotta meg egy új atomerőmű építését, de nem is volt arra felkészülve, nem rendezte az ehhez szükséges hatásköri szabályok részleteit. Ezen szabályozástechnikai problémán túlmenően olyan kihívásoknak is igyekezett a jogalkotó eleget tenni, amelyek egyértelműen a beruházói igények minél „biztonságosabb” kielégítése irányában mutatnak, vagyis azt szolgálják, hogy a folyamat minél nagyobb részéből kiiktassák az esetleges ellenzőket, illetve hogy az engedélyezési eljárások 357


minél biztosabban az engedély kiadásával végződjenek. Minden erre irányuló kísérlet szerencsére nem vezetett eredményre, pl. az Országos Atomenergia Hivatal (OAH) és a Magyar Energiahivatal összevonására – a fokozott belső és nemzetközi tiltakozás hatására – elmaradt. Megvalósult negatív példaként az ügyféli jogok szabályozását említhetjük. A nukleáris létesítmény és a radioaktívhulladék-tároló biztonsági övezetéről szóló 246/2011. (XI. 24.) sz. kormányrendelet 5. § (4) bekezdése (illetve annak nyomán az OAH a Paksi Atomerőmű esetén konkrétan is” a korábban előírthoz képest jelentős mértékben csökkentette a biztonsági övezet nagyságát. Az övezet egyfelől a létesítmény biztonságát szolgálja, másfelől viszont a lakosság védelmét nyújtja a normál üzemmódban jelentkező, radioaktív sugárzásokkal szemben. A védelmi övezetben ezért különböző (többek közt építési) tilalmak és korlátozások érvényesülnek. A biztonsági övezet csökkentését az üzemeltető, illetve az OAH azzal indokolta, hogy eredetileg szovjet mintára jelölték ki a 3 km sugarú kört („egészségügyi védőzónaként”), de az utóbbi években végrehajtott biztonsági intézkedések nyomán ez feleslegessé vált, s akár még egy 500 méternél kisebb sugarú körön belül is biztosíthatók az előírt biztonsági követelmények, illetve az előző 30 év tapasztalatai sem indokolják a nagyobb övezetet. A magunk részéről elképzelhetőnek tartjuk, hogy a 3 km-es biztonsági övezetnek eddig nem volt szerepe, s hogy a normál üzemmóddal járó sugárterhelés az új övezet határain jóval alatta marad a határértékeknek, de az elővigyázatosság elvének ez az indokolás nem felel meg. Még akkor sem, ha egyébként egy esetleges baleset esetén sajnos a 3 km-es övezet sem elegendő. Megjegyzendő, hogy az övezetnek ez kifejezetten nem is rendeltetése, az övezet sokkal inkább a létesítésre, telepítésre vonatkozó követelmény, amelyik a különböző területhasználatok egymáshoz való viszonyát rendezni. Ilyen értelemben véve a jogszabály-módosítás (amellett, hogy a környékbeli ingatlantulajdonosoknál jó propaganda az erőmű továbbüzemelése mellett, s ily módon tompítja a helyi konfliktust) megkönnyíti, olcsóbbá teszi a későbbi beruházást. Az ilyen szabályozás egyébként sérti az Alkotmánybíróság által kidolgozott elvet: a környezetvédelemben elért védelmi szinttől való visszalépés tilalmát, amelynek szempontjait legrészletesebben a 28/1994. (V. 20.) sz. Ab. határozat rögzíti. (A környezet védelmét szolgáló jogi szabályozás követelményei nem csökkenthetők szabadon, hiszen az ezzel okozott környezeti károk visszafordíthatatlanok, s az élet természeti alapjai esetében ez nem megengedhető kockázat. A követelményszint csökkentésének indoka csak egy másik alkotmányi érték érvényesítése lehet, amennyiben az másképp nem érhető el. A gazdasági érdekek ennek az alátámasztására kifejezetten nem elégségesek.) A bemutatott szabályozással kapcsolatban azonban van egy komoly gyakorlati probléma is. Az atomenergia törvénynek a 2011. évi LXXXVII. törvénnyel végrehajtott módosítása nyomán ugyanis az „atomenergia-felügyeleti szerv” különféle eljárásaiban a hatásterületet azonosnak kell tekinteni a biztonsági övezettel, illetve ennek megfelelően csak az azon területen ingatlannal rendelkező személyek tekintendők ügyfélnek. Ezt a szabályt, az övezet kiterjedésének az említett csökkentését, valamint a biztonsági övezetben a tulajdonjog megszerzésére irányuló üzemeltetői kötelezettséget tekintve nyilvánvaló a potenciális ügyfelek körének a radikális leszűkítésére irányuló törvényhozói akarat [10.27]. 358


10.9.2. Kitekintés – környezetvédelem a német nukleáris jogban A német „atomjog” mindig is a környezeti szabályozás egyik kulcsterülete volt, amely olyan szabályozási doktrínák, elvek és fogalmak továbbfejlesztésével gazdagította a környezetjog egészét, mint a kívülállók (harmadik személyek, vagyis az érintett közösség) védelme, az elővigyázatosság követelménye, vagy a veszély fogalma [10.64]. Első sorban lakossági kezdeményezéseknek, pereknek tudható be, hogy az erőművek építése és üzemeltetése feletti hatósági ellenőrzés egyre szigorodott, nem csupán a szabályok módosítása, hanem a hatóságoknak az előírásokon túlmutató fellépése, és különösen a bírói jogértelmezés révén is (pl. olyan eljárásokban is előírták a közmeghallgatást, amelyekben az Atv. szerint nem kellett volna). Bizonyosan nem véletlen, hogy Németországban a mai napig nem történt komolyabb nukleáris baleset. Napjaink törvényalkotásával azonban még inkább a környezetpolitika eszközévé válik ez a jogterület, amennyiben az atomenergiával való, törvényben előírt felhagyásra kerül sor, amelynek oka a kockázatok egyre rosszabb megítélésében, illetve az emberi egészség és környezet féltésében kereshető. A magyar szabályozás továbbfejlesztése szempontjából az is tanulságos, hogy ilyen társadalmi érzékenység mellett hogyan lehet a biztonsági követelmények szigorítására irányuló – részben nemzetközi jogi, illetve európai uniós – igényeknek eleget tenni. A törvényi szintű szabályozásból főként a törvény céljai, az elővigyázatosság elvének érvényesítése, a létesítmények engedélyezési rendszere, a hatósági felügyelet eszköztára, az atomstop előírásai és a felelősség szabályai érdemelnek említést, illetve ezeket vizsgáltuk részletesebben [10.21]. A felhagyásról alább külön szólunk, itt most csak az elővigyázatosság követelményét részletezzük, amely kétség kívül a fenntarthatóság egyik legfontosabb eleme. A német környezetjogban a rendészeti igazgatás hagyományos veszélyelhárítási feladatait egészíti ki az elővigyázatosság követelménye. Az érintett harmadik személyeknek, pl. hatásterületi ügyfeleknek (peres úton érvényesíthető) alanyi joguk van arra, hogy a hatóságok a jelentős, valószínűsíthető veszélyek ellen fellépjenek [10.44]. Az elővigyázatosság kötelezettsége ehhez képest azt a többletet jelenti, hogy a csekély vagy ismeretlen valószínűségű veszélyek esetén is fel kell lépniük a hatóságoknak, bár ilyenkor súlyozhatják a különböző érdekeket (mérlegelhetnek), s fellépésükre a harmadik személyeknek nincs alanyi joga [10.54]. Az Atomtörvény 7. § (2) bekezdésében rögzített, az engedélyezésre és a hatósági felügyeletre egyaránt érvényes elővigyázatossági szabály azonban túllépett ezen az általános közigazgatási jogi elven: az elővigyázatosságra (az elővigyázatosság körébe tartozó biztonsági előírásokra) is alanyi jogot biztosított a harmadik személyeknek, s tartalmi szempontként rögzítette, hogy az üzembiztonság követelményével szemben egyéb (pl. ellátásbiztonsági) érdekeket nem lehet előtérbe helyezni. A bírói gyakorlat szerint a hatóságoknak a kisebbségi tudományos véleményeket is figyelembe kell vennie, s a biztonsági követelményeket „a tudomány és a technika állásához” kell igazítania. Ha tehát a létesítmény biztonságos üzemeltetése nem garantálható azon a szinten, 359


amit a tudományos felismerések megkívánnak – akár azért, mert nincs rá megfelelő technológia –, az engedély pusztán ezen az alapon is megtagadható. (Másik oldalról: a követelmény szigorúbb lehet annál, mint amit a legjobb, elérhető technika lehetővé tesz.) Abszolút biztonság persze nem létezik (az arra vonatkozó emberi tudás véges), s nem is követelhető meg; az ily módon fennmaradó kockázatokat a „gyakorlati ész” szintjén kell kezelni [10.56]. Ezek azok a kockázatok, amelyeket kivédhetetlennek tartanak, illetve amelyek bekövetkezése „gyakorlatilag” kizárható, s amelyek viselése ezért a társadalom minden tagjának közös terhe (cserébe az atomerőmű termelte energiáért). A csernobili katasztrófa (1986) óta elfogadottá vált továbbá, hogy a hatóság az ilyen (maradék) kockázatok további csökkentésére is intézkedéseket követeljen meg, ha azok műszakilag megoldhatók. Végül az elővigyázatosság elvéhez tartozik, hogy a bizonyítási teher a kérelmezőt terheli; a nem bizonyítható, de az engedélyezés szempontjából releváns körülményeket a kérelmező terhére kell értékelni. Jól látható, hogy az elővigyázatosság jogelvének előremutató, tankönyvbe illő, klasszikus megformálásáról van itt szó [10.54]. Az általunk vizsgált jogfejlődés jól látható iránya az atomerőműveket üzemeltető vállalatóriások és a laikus polgárok jogérvényesítési lehetőségei közötti aszimmetria csökkenése. A jogi szabályozás és annak bírói gyakorlata emellett hozzájárult a technológia, a perkultúra, illetve a környezetjog és amellett az alkotmányjog, illetve az általános közigazgatási jog fejlődéséhez is [10.73]. Rengeteget lehet tehát tanulni a német szabályozási modellből.

10.9.3. Felhagyás az atomenergiával – a német szabályozás tanulságai Az atomenergia békés célú hasznosítása kapcsán a fenntarthatóság kérdése igen ös�szetett; a sokáig környezetvédelmi szempontból megfogalmazott kritikák mellé (mint amilyen a nukleáris balesetek katasztrofális jellege, a kiengedett hűtővíz okozta terhelés vagy a nagy aktivitású radioaktív hulladék kezelésének mindmáig megoldatlan kérdése) újabban felzárkózott – másik oldalról – a szén-dioxid-kibocsátás alacsony szintje, mint klímavédelmi megfontolás. Az atomenergia politikai jelentőségétől nem lehet eltekinteni, ugyanakkor bizonyosak vagyunk abban, hogy az atomenergiával kapcsolatos döntéseknek a tisztán energia-, illetve gazdaságpolitikai törekvések mellett az elővigyázatosság, tervszerűség követelményeit is érvényesíteniük kell, s a döntések tartalmát olyan konkrétan kell (kellene) meghatározni, hogy később – a végrehajtás egyre alacsonyabb szintjein az egyre kevesebb kontroll mellett – azokat ne lehessen tágan értelmezni, esetleg rövid távú érdekekhez igazítani. A politika szerepéből következőleg a német út nem kizárólagos. Egyes országok (mint Magyarország, Oroszország Franciaország, Finnország) továbbra is kiállnak az atomenergia mellett – a fukusimai atomkatasztrófa nyomán megerősített biztonsági követelmények mellett –, míg más országok (pl. Ausztria, Svájc, Németország) már korábban kizárták az atomerőművek létesítését, vagy épp a közelmúltban döntöttek a létesítmények leállításáról [10.28]. Eltekintve itt most olyan fajsúlyos problémáktól, mint a fűtőanyag kitermelésével járó környezetterhelés vagy az elektromos áram fogyasztói árára és az 360


ellátásbiztonságra gyakorolt hatások, azokat a jogi problémákat említjük meg, amelyek a technológiával való felhagyáshoz a német rendszerben kapcsolódnak. A jogi szabályozás tartalmának megvilágítása érdekében először is néhány tény említése szükséges. Németországban összesen 37 atomerőmű épült, amelyek közül az ezredforduló idején 20 termelt elektromos áramot. Az atomstop ezekre vonatkozik. Az erőművek máris megkezdett leállítását (amelynek következtében jelenleg már csak 9 erőmű áll a rendszerben) nem a korábbi szabályozás által rögzített követelményszintből fakadó biztonsági körülmény (az üzembiztonság romlása) indokolta, hanem a kockázatok átértékelése, amire részint a német társadalom jelentős részének atomellenessége, részint a fukusimai katasztrófa vezetett. Az atomenergia békés célú felhasználásáról és az annak veszélyeivel szembeni védelemről 1959-ben született meg az NSZK törvénye, amelyet tucatnyi alkalommal, köztük több ízben novelláris jelleggel módosítottak [10.73] [10.54]. A témánk szempontjából releváns novellák közül a 2002-es novella az állam és az energiakonszernek között 2000-ben kötött, ún. atom-megállapodáshoz kapcsolódik, s legfontosabb motívuma a nukleáris energia kockázatainak a már említett újraértékelése volt. A novella megtiltotta az új atomerőművek létesítését, a régiek üzemidejét pedig termelési kvóták rögzítésével átlagosan 32 évben maximálta. Annak érdekében, hogy a korlátozás ne legyen aránytalan, a rugalmasság jegyében az egyes erőműveknek kiosztott termelési kvótákat átruházhatóvá tették. További, lényeges rendelkezések szóltak a rendezett leállás kereteiről, a kiégett fűtőelemek kezelésének az ártalmatlanításra korlátozásáról (2005 nyara óta ezért nem mehetnek már az atomvonatok a brit és francia regeneráló létesítményekbe), a kiégett fűtőelemek átmeneti tárolására szolgáló berendezések építésére irányuló kötelezettségről. Ennek alapján 2005-ig le is állítottak két erőművet, s a termelési kvóta kimerülésével immár újabb létesítmények kerültek volna sorra 2010ben és 2011-ben [10.56]. Ehelyett azonban 2010 októberében a szövetségi törvényhozás – a kormány és a konszernek közötti újabb megállapodás nyomán – ismét módosította az atomtörvényt, átlagosan mintegy nyolc évvel hosszabbítva meg az 1980 előtt üzembe helyezett hét reaktor, s tizennéggyel a maradék tíz, újabb létesítmény üzemidejét. A kormány a novella előterjesztésekor az atomenergiára ún. áthidaló technológiaként tekintett 2010-ben, amelynek az alkalmazása addig szükséges, ameddig megújuló energiahordozókkal megbízható módon nem váltható fel. 2011 márciusában aztán – egy 9-es erősségű földrengés és az azt követő cunami; mindaddig elképzelhetetlennek tartott természeti csapás nyomán – bekövetkezett a fukusimai katasztrófa, amelyre tekintettel a német kormány átértékelve az előző koalíciónak az atomenergiával kapcsolatos, 2010-es álláspontját, saját hatáskörben ún. atom-moratóriumot rendelt el. Ennek keretében valamennyi erőművet azonnali biztonsági felülvizsgálatnak vetették alá, s előírták nyolc (köztük a hét legrégebbi) erőmű leszerelését, aminek a megkezdésére az üzemeltetők három hónapos határidőt kaptak. 2011. június 30-án megszületett az atomtörvény 13. módosítása is, amely a 2010-es rendelkezéseket visszavonta [10.28]. Az atomtörvény újabb módosításai kapcsán felmerült jogi problémák közül a legerőteljesebb szakirodalmi visszhangot annak a kérdésnek a megítélése váltotta ki, hogy 361


vajon a 11. novellát elfogadhatta-e a Bundestag (a szövetségi gyűlés) egyedül, avagy ahhoz a Bundesrat (szövetségi tanács) egyetértő döntése is szükséges lett volna [10.34]. A kérdés nem pusztán elméleti, de politikai jelentősége is volt, hiszen az egyetértési jog gyakorlása adott esetben lehetőséget ad a (gyakran szövetségi szinten ellenzékbe szorult pártok által irányított) tartományoknak, hogy a szövetségi tanácson keresztül blokkolják a döntéshozatalt, illetve az a törvényhozás elhúzódásához vezethet [10.21]. A 13. módosítás tartalma egyébként okafogyottá tette a 11. módosítás elfogadása kapcsán kiéleződött vitát a szövetségi tanács hatásköréről. Ezt a törvényt már mindkét törvényhozó testület megtárgyalta és széles többséggel el is fogadta. Noha hazánk nem föderális állam, a probléma mégsem érdektelen számunkra, hiszen megválaszolásához olyan szempontokat kellett figyelembe venni Németországban, amelyeket az atomenergiáról való döntés (bezárás vagy meghosszabbítás, új blokkok kivitelezése) során egyetlen ország, így hazánk sem téveszthet szem elől: pl. hogy melyek egyáltalán az atomenergia biztonsági és környezeti kockázatai a 21. században? Melyek az arról szóló döntés környezet- és energiapolitikai kockázatai? Milyen hosszú távra szól a döntés? Hogyan terheli az a felügyeletet ellátó hatóságokat? [10.31] A másik kulcsprobléma az értékválasztáshoz, s annak alaptörvényi hátteréhez kapcsolódik: vajon az egészséghez, környezethez való jog érvényesítésével milyen kockázatok férnek össze, és vajon a létesítmények bezárása sérti-e a gazdasági szabadságjogokat vagy a tulajdont. Az atomstophoz kapcsolódó kártalanítási perek, alkotmányjogi panaszok tapasztalatainak a közvetlen hazai hasznosítása nem merül fel, hiszen míg Németországban a létesítmények többnyire magánvállalatokhoz tartoznak, addig hazánkban az egyetlen erőmű állami tulajdonban van. A német vita, abban a különböző alapjogok viszonyának az értékelése, azonban rámutat azokra a feladatokra, amelyek az államot az élet, az egészség, illetve a környezet védelmében terhelik [10.73]. A német példa közvetett bizonyítéka annak, hogy az atomenergia elleni törvényhozói állásfoglalás nem pusztán politikai kérdés, hanem akár levezethető az alkotmányi értékrendből is.

10.10. Kibocsátási kvótakereskedelem (EU ETS) a nemzeti jogban A rendszer központi eleme az ÜHG-kibocsátási egység, amely egy tonna szén-dioxid (illetve azzal egyenértékű más ÜHG) kibocsátására jogosít. A cél a piaci szűkösség elérése, a szén-dioxid-kibocsátás összmennyiségének fokozatos csökkenése [10.67]. Annak érdekében, hogy a szabályozás közgazdaságilag és környezeti szempontból is hatékony legyen (ott csökkentsék a kibocsátásokat, ahol az a leghatékonyabban és legolcsóbban lehetséges) a rendszerben részt vevő vállalatok számára nyitva áll a kereskedelem lehetősége: az, aki tevékenysége során kevesebb CO2-kibocsátással él, mint amennyit a kvótái megengednek, az a feleslegét eladhatja annak, akinek arra szüksége van és fordítva; aki többet szeretne kibocsátani, mint amennyire a kvótái jogosítják, az rászorul arra, hogy fejlessze technológiáját, vagy a piacon megvásárolja azon kvótamennyiséget, amely a többletkibocsátásának fedezetéül szolgál (10.39). Maga a 362

10.10. Kibocsátási kvótakereskedelem (EU ETS) a nemzeti jogban

kibocsátáskereskedelem az Unió üvegházgáz-kibocsátásának csupán 60%-áért felelős tevékenységekre (pl. üveggyártásra, kerámiatermékek előállítására, karton- és papírtermelésre, lakossági és közületi távhőtermelésre, villamosenergia-termelésre, légi közlekedésre stb.) irányul. Az EU ETS részletes vizsgálatát magyar–német összehasonlításban végeztük el [10.25]. Egyrészt, mivel ezen összehasonlítás még a korábbi kereskedési időszak szabályaira épült, másrészt pedig mivel nem kizárólag energetikai, hanem inkább az energiaágazatot (és az energiaintenzív ipart) is érintő, kibocsátásoldali szabályozásról van szó, eredményei közül itt csak azokat emeljük ki, amelyek a jövőre is érvényes megállapítások, illetve tágabb összefüggésekben értelmezhetők. Terjedelmi okokból itt mellőzzük az uniós szintű szabályozás hiányosságaival, illetve módosulásával kapcsolatos következtetéseinket, inkább azokra a módszertani és filozófiai kérdésekre koncentrálunk, amelyek a kvótakereskedelem nemzeti jogba integrálásához kapcsolódnak. Úgy véljük, hogy nem a tagállami transzpozíció hibátlan megvalósítására, hanem a jogi kultúrák különbségére vezethető vissza, hogy míg Németországban számos kérdés merült fel, amelyek többségét a bírói gyakorlat, illetve a szakirodalom megválaszolta [10.32], addig Magyarországon egyáltalán nem folytak bírói eljárások, s így nincs olyan bírói döntés, amit a németországi ítéletekkel össze lehetne hasonlítani. Amellett, hogy álláspontunk szerint számos tartalmi hiányosság merült fel, a hazai döntéshozatal késedelmessége is az uniós intézmények (különösen a Bizottság) ros�szallását váltotta ki. A hazai demokratikus intézményrendszer deficitjeire is számos ponton mutathattunk rá: míg Németországban lehetséges az érdemi jogorvoslat a kvóták kiosztása körében (annak jogi formája miatt), addig a hazai jog csak számítási hibák korrigálására biztosított lehetőséget. Míg Németországban jól működik az elektronikus közigazgatás, addig nálunk az illetékesek honlapján gyakran elavult információk szerepelnek, és a tisztán e-közigazgatás helyett sokáig kettős beadványozási kötelezettség érvényesült. Míg Németországban a kibocsátási engedélyt magában foglalja az integrált szennyezésmegelőzési rendszerben kiadott engedély, addig nálunk mindig külön eljárás és határozat szükséges. Nálunk az engedélyek kiadása is csak komoly késedelemmel valósult meg, de a tényleges kereskedés is közel egyéves késedelemmel indult. Az is figyelemre méltó, hogy hazánkban megoszlanak a hatósági feladat- és hatáskörök a vidékfejlesztési tárca felügyelete alatt álló környezetvédelmi és természetvédelmi főfelügyelőség, valamint a nemzeti fejlesztési tárcához tartozó egyik államtitkárság között (ami mellett egyébként még a nemzetgazdasági tárca és a hozzá tartozó energiahivatal is szerepet játszik), amíg Németországban a környezetvédelemért felelős szövetségi minisztérium és a hozzá tartozó szervek játsszák a főszerepet. Emellett természetesen a gazdasági és más minisztereknek is feladatai vannak, de a környezetvédelmi miniszter szerepe itt is, akárcsak a többi energiapolitikai kérdésben – pl. a megújuló energiák támogatásában is – sokkal nagyobb, mint nálunk. Megállapítható továbbá, hogy a német szabályozás megfelel a jogállamiság követelményeinek, míg a magyar nem. A hektikus és hiányos jogalkotási folyamat Magyarországon gyakran ellentmondásos és hiányos szabályozáshoz, ezáltal közigazgatási (végrehajtási) deficitekhez vezet, és nem csak a klímavédelem területén. Számos olyan jogszabályi rendelkezést találtunk (főleg a végrehajtási 363


rendeletekben), amely nem felel meg a magyar nyelv szabályainak, és kizárólag az uniós irányelv valamely hivatalos (angol, francia vagy német nyelvű) szövegével együtt, műszaki ismeretek birtokában értelmezhető. Végül még egy jelentős különbség, amit annak ellenére meg kell említenünk, hogy a klíma-energiaügy szakmai kérdéseivel itt nem kívánunk foglalkozni: Németország és Magyarország kibocsátáscsökkentési kötelezettségei eltérőek: míg a németeknek komoly csökkentés kell elérniük (amit egyébként ők igyekeznek túlteljesíteni), addig hazánk számára – legalábbis egyelőre – nincs komoly csökkentési kötelezettség. Ez nemcsak hazánk nemzetközi kötelezettségvállalásaira, lehetséges kvótaeladásaira és bevételszerzésére, hanem az uniós rendszerben való részvételre is kihatással van. Ilyen szempontból a 2013-tól életbe lépett változások [10.60], mint pl. az ingyenes kiosztás visszaszorulása, az Európai Bizottság nagyobb beleszólása vagy a kvótamennyiség degressziója, arra kell hogy intsék a hazai döntéshozókat, hogy a jövőben komolyabban kell vennünk a klímavédelmet.

10.11. A CO2 földfelszín alatti tárolásának egyes kérdései A szén-dioxid geológiai tárolása egy összetett műszaki technológia, amely valójában három elemet (fázist) foglal magában [10.63]. Az első az üvegházgáz leválasztása (pl. erőművek, ipari létesítmények füstgázából), a második (nem szükségszerű fázis) a szállítás a tárolás helyére, a harmadik pedig maga a tárolás, a környezettől való végleges vagy hosszú távú (több száz évre szóló) elszigetelés (a nagynyomású gáz besajtolása a megfelelő földtani rétegbe). Az EU ún. áthidaló technológiaként szabályozza, amelyre mindaddig szükség lehet, amíg a megújulók meghatározó arányra nem tesznek szert az energiamixben, vagyis amíg a fosszilis energiahordozók égetése továbbra is jelentős üvegházgáz keletkezésével jár együtt. A technológia célja, hogy a keletkező gázok ne kerüljenek ki a légkörbe, ne fokozzák az üvegházhatást, s ily módon segítse az EU klímavédelmi célkitűzéseinek a megvalósítását, a számos lehetőség egyikeként [10.22]. Az, hogy az EU bevezeti és támogatja a módszer alkalmazását, számos jogi kérdést vet fel, amelyekre eddig még csak részleges válaszok születtek [10.29]. Felelősségtani szempontból álláspontunk szerint hasonló megítélés alá kell esnie, mint az atomenergia alkalmazásának. Emellett a nemzetközi, illetve uniós szintű együttműködés és szabályozás igényét említjük – mi inkább az uniós jog hazai átültetésével és a nemzetközi vonatkozásokkal (olyan, ehelyett nem részletezett összefüggésekkel foglalkoztunk, mint a CCS integrálása a Kiotói Jegyzőkönyv szerinti rugalmassági mechanizmusokba, vagy a tengeri környezet védelmére vonatkozó megállapodások liberalizációja, amely – bizonyos korlátokkal ugyan – de megengedi immár az alkalmazást tengeri területeken is). Ami a nemzetközi dimenziókat illeti, már a beruházás előzetes engedélyezése során felmerülhet az ún. nemzetközi hatásvizsgálati eljárás szükségessége, a leválasztás tekintetében gazdasági és műszaki együttműködés jön szóba, a szállítás körében közös feladat lehet az országhatáron átnyúló, nagynyomású gázvezeték építése és üzemeltetése, de az egyszerű „export”, s a felelősség kérdése is felmerülhet, végül, a tárolás szakaszában ugyancsak rendezést igényel a bekövetkező 364

10.12. Zárógondolatok

esetleges balesetekért való felelősség kérdése. (A tárolás a nemzetközi tengerjog hatálya alá eső területeken, illetve a földfelszín alatt elhelyezkedő geológiai formációkban egyaránt elképzelhető tevékenység, amelynek során akár földcsuszamlás, gázszivárgás, vízminőségromlás stb. is felmerülhet [10.59].) A hazai implementáció viszonylag gyorsan zajlott: a Magyar Köztársaság Ország gyűlése az uniós szabályozás átültetésére 2011 tavaszán elfogadta a 2011:XXIX. törvényt, amelynek első része a bányászatról szóló 1993:XLVIII. törvény módosítását tartalmazza, annak érdekében, hogy megteremtse az energetikai és ipari eredetű széndioxid tárolására alkalmas földtani szerkezetek kutatásának, tárolásra történő kialakításának, hasznosításának és bezárásának a törvényi szintű szabályait. A meglehetősen bürokratikus és részletes szabályozásnak hosszú távon kell biztosítania a CCS alkalmazhatóságát és elfogadottságát (megelőzve egy a nukleáris balesetekhez mérhető súlyú katasztrófa ez irányú következményeit). Ki kell emelni, hogy nem fogja át a technológia teljes spektrumát, hanem az utolsó elemre, a legnagyobb kockázattal járó tárolásra koncentrál. A hazai szabályozás értékelése disszonáns. A tagállamok ugyan kötelesek a CCS szabályozására, s ennek keretében, pl. az engedélyeztetésről, hatósági felügyeletről, nyilvántartásról, biztosítékadási kötelezettségről, bezárás esetén a felelősségnek az állam által történő átvételéről, a létesítményekhez (a szállítóhálózathoz) való hozzáférésről s a kapcsolódó jogviták rendezéséről szóló előírásokat meghatározni. Ettől függetlenül azonban teljesen szabadok annak eldöntésében, hogy területükön megengedik-e a szén-dioxid föld alá sajtolását. Míg a magyar szabályozás kifejezetten lehetővé teszi az alkalmazást, s számos eszközzel segíti is azt, ahogyan az energiapolitikai dokumentumok is [10.48], addig pl. Ausztriában a vonatkozó törvény szerint a CCS alkalmazása (a kísérleti üzemek kivételével) tilos az ország területén, Németországban pedig úgy maximálják a föld alá sajtolható gáz mennyiségét, hogy azzal de facto kizárják az ipari méretekben történő alkalmazást. A magyar szabályozás hátterében lobbi-, illetve gazdasági érdekek állhatnak: abban nagy gazdasági lehetőségeket látnak, mivel nálunk rendelkezésre állnak a megfelelő tárolókapacitások, illetve a szénhidrogén-bányászat során szerzett tapasztalatok, amelyeket nemzetközi szinten értékesíthetünk; s mivel egyre nagyobb mértékben szorulunk rá a gyenge minőségű hazai lignit égetésére, amit (illetve az azzal járó kibocsátásokat) a CCS révén mintegy legalizálni tudunk majd; de akár értékesíthető szén-dioxid-kvótákat is nyerhetünk ezen az úton [10.23].

10.12. Zárógondolatok Tekintve, hogy tanulmányunk célja az volt, hogy átfogó képet nyújtsunk kutatásainkról, zárásként egy minden részletre kiterjedő, tézisszerű összefoglalásra nem törekszünk. Ehelyett inkább néhány olyan tanulságot emelünk ki, amely túlmutat a „környezeti energiajog” keretein, és hasznos lehet a jogi szabályozás továbbfejlesztése során. 365


Noha az EU számos jogi aktussal szabályozza az energiapolitika követelményeit, a tagállamoknak meglehetősen széles a mozgástere, ami mind az energiahordozók közötti választásban, mind a különböző szabályozási modellek kialakításában, mind az áthidaló megoldások (pl. CCS) alkalmazásáról szóló döntés szabadságában megmutatkozik. A tagállami döntéshozóknak a jó (hatékony, átlátható, a szakmai szempontokat érvényesítő, demokratikus keretek között megalkotott stb.) szabályozásért való felelőssége tehát az uniós jogharmonizáció ellenére is megmarad. Az energia-, illetve klímapolitika terén máris egy meglehetősen komplex és nehezen kezelhető szabályanyag jött létre, amelynek működését, hatékonyságát ún. negatív visszahatások is hátráltatják. Ilyen körülmények között különösen nagy jelentősége van a szabályozás elméleti (többek közt közgazdaságtani) megalapozottságának, dogmatikailag letisztult fogalmi rendszerének, egységes elvi követelményszintjének. E tekintetben azonban ma még számos hiányosság állapítható meg. A jogalkotók számára az egyik legnagyobb kihívást talán a környezeti (belső) konfliktusok feloldása jelenti. A fenntarthatóság olyan mérce, amelyik egyszerre ad tartalmi és eljárási fogódzókat a döntések meghozatalához, ugyanakkor általában nem jelöli ki az egyetlen helyes utat. Üdvözlendő, de csupán részleges eredményre vezető törekvés e vonatkozásban az ún. fenntarthatósági kritériumok megállapítása a megújuló energiahordozók támogatása körében. A szakterület szabályozását gazdasági, illetve lobbiérdekek hatják át. Ez látszik a célokon, a szabályozás (gyakran rugalmas) módszerein, de a döntéshozatali eljárások intézményrendszerén is. Álláspontunk szerint a környezetvédelem súlyát – különösen hazánkban – erősíteni kellene, más szóval a környezeti érdekeknek az energiaszektor szabályozásába történő integrációja még közel sem teljes. A környezeti szempontok érvényesítésének egyik terepe az ún. környezeti demokrácia elveinek az érvényesítése, vagyis a kapcsolódó döntések meghozatalában való, széles körű társadalmi részvétel, információs jogok biztosítása, a döntések nyomon követhetőségének biztosítása [10.2] [10.33]. Az energiaszektorban mindennek különleges jelentősége van, illetve lenne, amit a magyar döntéshozók még nem ismernek fel (vagy talán inkább csak nem ismernek el). Különösen a hálózatos energiaszolgáltatások esetén, de valamennyi kapcsolódó közszolgáltatásnál nyilvánvaló, pl. a centralizált és a decentralizált termelési-ellátási rendszerek közötti különbség, nemcsak a rendszerstabilitás, hanem a társadalmi struktúra terén is, amennyiben a decentralizált rendszerhez az önkormányzatiság elvét jobban érvényesíthető, polgárközeli hatalmi berendezkedés illeszkedik inkább, míg a nagyerőműveken alapuló rendszerek szükségszerűen rugalmatlanok [10.68] és központi irányítást igényelnek. Emellett feltétlenül ki kell emelni, hogy mind az EU, mind a nyugat-európai tagállamok felismerték már, hogy energiapolitikai fordulatot végrehajtani csakis a lakosság, a fogyasztók széles körű bevonásával lehet [10.74]. A klíma-energiaügyi célkitűzések megvalósításának a kulcsa valójában nem a központi államapparátus, hanem az emberek kezében van. Ehhez egyfelől a már említett döntéshozatali intézmények, másfelől a fogyasztói tudatosságot növelő tájékoztatások és a közintézmények példamutatása is szükséges. Hazánkban e téren is komolyak a deficitek. 366

Irodalom

Irodalom [10.1] Anderson, J.–Skinner, J.: The European Union’s Approach to Reducing Greenhouse Gas Emissions. Journal of European Environmental and Planning Law, 2005, 2, 92–100. [10.2] Antal A.: Környezeti demokrácia az informatikában. In: Pánovics Attila–Glied Viktor (szerk.): …Cselekedj lokálisan! Társadalmi részvétel környezeti ügyekben. PTE ÁJK, IDResearch, Publikon, Pécs, 2012, 157–160. [10.3] Bampatsou, C.–Zervas, E.: Critique of the regulatory limitations of exhaust CO2 emissions from passenger cars in European Union. Energy Policy, 2011, 39. [10.4] Bándi Gy.: A fenntartható fejlődés jogáról. Pro Futuro, 2013, 1, 11–30. [10.5] Bányai O.: A folyékony és szilárd biomassza fenntarthatósági kritériumai az Európai Unióban és Magyarországon. Jog – Állam – Politika, 2013, 2, 45–63. [10.6] Bányai O.: A háztartási energiafelhasználás csökkentésére irányuló magyar szabályozás. Magyar Jog, 2013, 5, 305–311. [10.7] Bányai O.: A megújuló energiaforrásból előállított energia támogatásáról szóló 2009/28/EK irányelv. Európai Jog, 2013, 6, 23–33. [10.8] Bányai O.: Az energiafelhasználás csökkentése és a megújuló energiaforrások előtérbe kerülése a nemzetközi jogban. Jogtudományi Közlöny, 2013, 9, 436–444. [10.9] Bányai O.: Az energiafelhasználás csökkentésére és a megújuló energiaforrásokra irányuló szabályozás az ökológiai fenntarthatóság nézőpontjából. PhD-értekezés. Debrecen, 2013 [10.10] Bányai O.: Egy fenékkel két nyeregben? – Az Európai Unió közúti közlekedésre vonatkozó energiahatékonysági és energiatakarékossági szabályozása. Pro Futuro, 2012, 1. [10.11] Bányai O.: Kiút a zsákutcából, azaz a (fenntartható) fejlődés – jogi nézőpontból. Jogelméleti Szemle, 2011, 3. [10.12] Bányai O.: The European Union regulation concerning the energy consumption of buildings – an ecological point of view. International Review of Applied Sciences and Engineering, 2013, Vol. 4, 2. 111–116. [10.13] Behlau, V.: Die Förderung der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien auf dem Prüfstand des europäischen Beihilfenrechts. In: 20 Jahre Recht der Erneuerbaren Energien. Hg. Müller, Th., Nomos. Baden-Baden, 2012, 336–367. [10.14] Bosselmann, K.: The principle of sustainability – Transforming law and governance. Ashgate Publishing Company, Aldershot, 2008 [10.15] Bradbrook, A.: Development of a Protocol on Energy Efficiency and Renewable Energy to the United Nations Framework Convention on Climate Change. New Zealand Journal of Environmental Law, 2001, Vol. 5. [10.16] Bradbrook, A.: Energy Efficiency and the Energy Charter Treaty. Environmental and Planning Law Journal, 1997, 14, 327. [10.17] Britz, G.: Klimaschutzmaßnahmen der EU und der Mitgliedstaaten im Spannungsfeld von Klimaschutz und Binnenmarkt. In: Schulze-Fielitz, H.–Müller, Th. (Hrsg.) Europäisches Klimaschutzrecht. Baden-Baden, Nomos,2009, 73–82. [10.18] Dawes, R.: Building to Improve Energy Efficiency in England and Wales. Environmental Law Review, 2010, Vol. 12, 275. [10.19] De Geeter, A.: Towards a European White Certificate Scheme: Review under Current National Experiences and International Trade Law. Journal of Energy & Natural Resources Law, 2007, Vol. 25, 1–57. [10.20] Dernbach, J.: Overcoming the behavioral impetus for greater U.S. energy consumption. Global Business & Development Law Journal, 2007, Vol. 20, 31. [10.21] Ekardt F.: Atomausstieg, Eigentumsgarantie, Abwerrechte und Schutzgrundrechte. Natur und Recht 2012/12

367

10. Adalékok egy fenntartható energiarendszer jogi kereteinek értékeléséhez [10.22] Ekardt, F.–van Riesten, H.–Hennig, B.: CCS als Governance- und Rechtsproblem. Zeitschrift für Umweltpolitik und Umweltrecht, 2011, 4, 409–435. [10.23] Falus Gy.–Szamosfalvi Á.–Jencsel H.–Vidó M.–Török K.: A hazai földtani szerkezetek felmérése a szén-dioxid-visszasajtolás szempontjából. Magyar Tudomány, 2011, 4, 450–458. [10.24] Fazekas, O. (szerk.) A magyar villamosenergia-szektor működése és szabályozása I. CompLex, Budapest, 2010 [10.25] Fodor L.–Peine, F-J.: A kibocsátási egységek kereskedelme: Európa-jogi alapok – a német és a magyar nemzeti szabályozás 2004–2012 között. Agrár- és Környezetjog, 2013, 14, 3–52. [10.26] Fodor L.: Egy sikertörténet – a megújuló energiák terjedésének ösztönzése Németországban. Közjogi Szemle, 2013, 2, 68–76. [10.27] Fodor L.: Hiányzó rendszerváltás – néhány jogi kérdés a Paksi Atomerőmű bővítése kapcsán. Miskolci Jogi Szemle, 2013, 2, 23–42. [10.28] Fodor L.: A németországi atomstop alkotmányjogi kérdései. Iustum, Aequum, Salutare, 2013, 4, 93–114. [10.29] Fodor L.: A CO2 leválasztásának és tárolásának (CCS) nemzetközi vetületei. In: A nemzetközi környezetjog aktuális kihívásai. Szerk. Raisz A. Miskolci Egyetem, Miskolc, 2012, 51–61. [10.30] Fodor L.: A víz az alaptörvény környezeti értékrendjében. Publicationes Universitatis Miskolciensis, Sectio Juridica et Politica, 2013, Tom. XXXI. Miskolc University Press, Miskolc, 2013, 329–345. [10.31] Frenz W.: Energieträger zwischen Klimaschutz und Kernschmelzen. Neue Zeitschrift für Verwaltungsrecht, 2011 [10.32] Frenz, W.: Emissionshandelsrecht, Kommentar zum TEHG und ZuG, Springer, Berlin–Heidelberg, 2005 [10.33] Fülöp S.: A jövő nemzedékek jogai és a jelen nemzedékek részvételi jogai. Rendészeti Szemle, 2009, 1. [10.34] Geulen R.–Klinger R.: Bedarf die Verlängerung der Betriebszeiten der Atomkraftwerke der Zustimmung des Bundesrates? Neue Zeitschrift für Verwaltungsrecht, 2010, 1118–1121. [10.35] Greening, L. A. – Greene, D. L.–Difiglio, C.: Energy efficiency and consumption – the rebound effect – a survey. Energy Policy, 2000, Vol. 28, 389–401. [10.36] Guruswamy, L.: Energy, Environment & (and) Sustainable Development. Chapman Law Review, 2005, 77. [10.37] Habich, H.: Handel mit Emissionszertifikaten. Wien, Verlag Österreich, 2007 [10.38] Henryson, J.–Hakansson, T.–Pyrko, J.: Energy efficiency in buildings through information – Swedish perspective. Energy Policy, 2000, Vol. 28. [10.39] Hirschl, B.: International renewable energy policy – between marginalization and initial approaches. Energy Policy, 2009, Vol. 37, 4413. [10.40] Horváth Sz.: Az emisszió-kereskedelem kialakulása és annak szabályozása az Európai Unióban. Európai Jog, 2006, 1, 29–35. [10.41] Jess, A.: What might be the energy demand and energy mix to reconcile the world’s pursuit of welfare and happiness with the necessity to preserve the integrity of the biosphere? Energy Policy, 2010, Vol. 38, 4676–4677. [10.42] Keich, Th.: Die Haftung für Risiken aus dem Betrieb einer Kernanlage – Eine Bestandaufnahme des deutschen Rechts. Natur und Recht, 2011, 483. [10.43] Klemm, A.: Neue Vorgaben aus Brüssel: Die Energieeffizienzrichtlinie der Europäischen Union. Contracting und Recht, 2012, 148–157. [10.44] K loepfer M.: Umweltrecht. C. H. Beck, München, 1998 [10.45] Lagoni, R.: Haftungsfragen der CO2-Speicherung im Meeresuntergrund. Zeitschrift für Umweltrecht, 2008, 6, 294.

368

Irodalom [10.46] Lior. N.: Sustainable energy development: The present (2011) situation and possible paths to the future. Energy, 2012, Vol. 43, 189. [10.47] Lo Schiavo, G.: The New EU Directive on Energy Efficiency: A Critical View. Maastricht Journal, 2013, 2, 321–326. [10.48] Lovas A.: A CCS aktuális helyzete jogi nézőpontból.Magyar Energetika, 2012, 1, 46. [10.49] Lyster, R.–Bradbrook, A.: Energy law and the environment. Cambridge University Press, Cambridge, 2006 [10.50] Meadows D. et al.: A növekedés határai harminc év múltán, Kossuth Kiadó, Budapest, 2005 [10.51] Nutzenberger, K. M.: Legislativpaket „Klima – Energie” der EU. Umwelt- und Planungsrecht, 2008, 222–226. [10.52] Ohms, M. J.: Recht der Erneuerbaren Energien. C. H. Beck, München, 2014 [10.53] Olajos I.: Támogatási rendszereink és a megújuló energiák. Miskolci Egyetem, Miskolc, 2013 [10.54] Orantek K.: Einführung in das Atom- und Strahlenschutzrecht. Natur und Recht, 2011 [10.55] Reimer, F.: Ansätze zur Erhöhung der Energieeffizienz im Europarecht – Eine kritische Bestandsaufnahme. In Schulze-Fielitz, H.–Müller, Th. (Hrsg.) Europäisches Klimaschutzrecht. Baden-Baden, Nomos, 2009 [10.56] Roßnagel A.: Sicherheitsgewährleistung für Kernkraftwerke Während der Restlaufzeit. Zeitschrift für Neues Energierech,t 2012, 3, 227. [10.57] Scheuer, S. (ed.): EU Energy Efficiency Directive (2012/27/EU) Guidebook for Strong Implementation. The Coalition for Energy Savings, 2013 [10.58] Schlacke, S.: Klimaschutz durch CO2-Speicherung im Meeresboden – völkerrechtliche Anforderungen und europarechtliche Herausforderungen. Zeitschrift für Europäisches Umwelt- und Planungsrecht, 2007, 2, 91–93. [10.59] Schlüter, W.: Emissionshandel in der dritten Handelsperiode – Die Fortentwicklung des nationalen Emissionshandelsrechts unter Berücksichtigung der Rechtsprechung der ersten beiden Handelsperioden. Dunker&Humblot, Berlin, 2013 [10.60] Schomerus, T.: Die Umsetzung von Art. 7 Energieeffizienz-Richtlinie 2012/27/EU in nationales Recht – Energieeffizienzverpflichtungssysteme oder andere strategische Maßnahmen? Energierecht, 2013, 5, 184–191. [10.61] Schröder, M.: Klimaschutz durch die Europäischen Union. In: Marburger, P. (Hrsg.) Jahrbuch des Umwelt- und Technikrechts. Berlin, Erich Schmidt Verlag, 2007, 19–41. [10.62] Sellner, D.–Fellenberg, F.: Atomausstieg und Energiewende 2011 – das Gesetzespaket im Überblick. Neue Zeitschrift für Verwaltungsrecht, 2011, 1026. [10.63] Skrylnikow, I.: CCS: Carbon Dioxide Capture and Storage – Technologische Risiken und regulatorische Herausforderungen. Natur und Recht, 2010, 8. 543. [10.64] Sparwasser, R.–Engel R., Voßkuhle A.: Umweltrecht. Grundzüge des öffentlichen Umweltrechts, C. F. Müller, Heidelberg, 20035 [10.65] Steinberger, J. K.–Niel, J.–Bourg, D.: Profiting from negawatts: Reducing absolute consumption and emissions through a performance-based energy economy. Energy Policy, 2009, Vol. 37, 367. [10.66] Szarka L.: Szempontok az energetika és környezet kapcsolatához. Magyar Tudomány, 2010, 8, 959–979. [10.67] Szász T.: A szennyező anyagok kibocsátására kivetett adó és a szennyezési jogok piacának hatékonysága. Debreceni Szemle, 2006, 4, 473–483. [10.68] The rebound effect: an assessment of the evidence for economy-wide energy savings from improved energy efficiency. A report produced by the Sussex Energy Group for the Technology and Policy Assessment function of the UK Energy Research Centre, 2007 [10.69] Vajda Gy.: Energiapolitika. MTA, Budapest, 2001

369

10. Adalékok egy fenntartható energiarendszer jogi kereteinek értékeléséhez [10.70] Wackernagel, M. et al.: Ökológiai lábnyomunk: hogyan mérsékeljük az ember hatását a Földön? Föld Napja Alapítvány, Budapest, 2001 [10.71] Wawryck, A.: Green pricing and green power marketing: demand – side mechanisms for promoting „green power” in deregulated electricity markets. In: Bradbrook (ed.) The law of energy for sustainable development. Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2005 [10.72] Werring, L. (ed.) EU Energy Law, EU environmental law, Energy efficiency and renewable energy sources. Claeys and Casteels, Leuven, 2006 [10.73] Winter G.: Aufstieg und Fall der Kernenergie in Deutschland: Verläufe, Erklärungen und die Rolle des Rechts. Zeitschrift für Umweltrecht, 2012, 2. [10.74] Zoellner, J.–Schweitzer-Ries, P.–Rau, I.: Akzeptanz Erneuerbarer Energien. In: 20 Jahre Recht der Erneuerbaren Energien. Hg. Müller, Th. Nomos, Baden-Baden, 2012, 91–106.

370

11. Az energiatakarékos építkezésekkel kapcsolatos társadalmi kérdések

11.1. Bevezetés A napjainkban a világ országai előtt álló környezettel kapcsolatos kihívások között kiemelkedő szerepet játszanak az energiahelyzettel összefüggő feladatok, amelyek megoldása egyrészt a felhasznált energia mennyiségének a csökkentése, másrészt a megújuló energiaforrások fokozott mértékű hasznosítása révén valósítható meg. Ennek szellemében nem meglepő, hogy az Európai Unió az Európa2020 stratégiában [11.1] mind a két területen igen ambiciózus elképzeléseket fogalmazott meg: a dokumentum szerint 2020-ig szükséges egyrészt a teljes energiafogyasztásban a megújuló energiaforrások arányának 20%-ra történő emelése, másrészt az energiahatékonyság 20%-kal való növelése. Az energiafogyasztás tekintélyes része az épületekhez kötődik (11.1. ábra), és ennek következtében az elmúlt időszakban igen nagy figyelmet fordítottak a különböző energiahatékony építési módszerek kialakítására, és széles körben történő elterjesztésére (a 11.1. ábrán a lakófunkciós felhasználás mellett még a kereskedelmi és ipari célú felhasználás egy része is az épületekkel hozható összefüggésbe). lakás 18%

közlekedés 20%

kereskedelem 12%

ipar 50%

11.1. ábra. A felhasznált energia megoszlása ágazatok szerint 2011-ben Forrás: http://ww.eia.gov

371


A fentiek szellemében tanulmányunk három, egymással szoros kapcsolatban álló egységben épül fel. Az első alfejezet az energiahatékony épületek (a szakirodalomban is elterjedt elnevezés szerint passzív házak) elterjedésével és sajátosságaival foglalkozik, a második alfejezet a helyi önkormányzatok energiahatékonysággal kapcsolatos tevékenységére koncentrál, míg a harmadik alfejezet a lakosság energiatudatos építkezéssel kapcsolatos véleményét vizsgálja.

11.2. A passzív házak sajátosságai A passzív ház fogalmát 1988-ban alkotta meg két szakember (Bo Adamson – Lund University Svédország, Wolfgang Feist – Institute for Housing and the Environment, Németország), akiknek a – későbbiekben általánosan elfogadott – véleménye szerint a passzív ház olyan épület, amelyben a kényelmes hőmérséklet biztosítása megoldható kizárólag a levegő frissen tartásához megmozgatott légtömeg utánfűtésével vagy utánhűtésével, további levegő visszaforgatása nélkül. Az ilyen jellegű épületek beruházási költségei természetesen magasabbak a hagyományos házakénál: a témával foglalkozó honlapok (pl. http://www.passive.de) szerint Európa középső részein egy 5–10%os árkülönbség figyelhető meg. A passzív házak jellegzetességeivel foglalkozó vizsgálatok fontosságát elsősorban az jelenti, hogy a témával kapcsolatos eddigiekben publikált szakirodalom elsősorban az érintett épületek technológiai-pénzügyi viszonyainak az elemzésére koncentrált, és többek között magában foglalta a passzív házak működésére [11.2] [11.3] [11.4] [11.5], 3500 3000 2500 2000 1500 1000

11.2. ábra. A passzív házak számának alakulása a Földön 1991 és 2012 között Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa.

372

2012

2010

2011

2009

2007

2008

2006

2004

2005

2003

2001

2002

2000

1998

1999

1996

1997

1995

1993

1994

1992

0

1991

500

11.2. A passzív házak sajátosságai

gazdaságosságára [11.6] [11.7] [11.8] [11.9] és a környezeti szempontokra [11.10] [11.11] [11.12] [11.3] irányuló vizsgálatokat. Sajnálatos módon ugyanakkor kevés figyelmet kaptak azon kutatások, amelyek az érintett épületek típusaival, földrajzi elterjedésével és az ezekre ható tényezőkkel foglalkoztak volna. A kutatás során az érintett házakkal foglalkozó intézetek (pl. Passive House Institute – http://www.passivehousedatabase.eu/search_detail.php, International Passive House Association – http://www.passivhausprojekte.de/projekte.php) adatbázisát használtuk fel, amely részletes információkat tartalmazott az épületek építésének időpontjáról, nagyságáról, funkciójáról. Az elemzés keretében a Földet több régióra osztottuk fel, és ezek sajátosságait is figyelembe vettük. A passzív házak számának időbeli alakulását tekintve jól megállapítható, hogy a növekedés a 20. század utolsó éveiben kezdődött (az ezredfodulón még csak 268 darab ilyen épületet tartottak nyilván), és a 21. század első évtizedében igen egyenletes mértékű volt (11.2. ábra). A 2008-ban kezdődő gazdasági válság hatására ugyanakkor lefékeződött a növekedés mértéke: 2009 után az előző évhez képest minden évben csökkent az átadott új passzív házak száma (2009 – 343, 2010 – 297, 2011 – 274, 2012 – 230). 11.1. táblázat. Az adott időszakban épült passzív házak földrajzi megoszlása szerint (%)

A

B

C

D

E

F

G

H

Σ

1997/1998

83,0

13,2

3,8

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

100,0

1999/2000

79,8

18,8

0,9

0,5

0,0

0,0

0,0

0,0

100,0

2001/2002

73,4

23,0

1,6

1,6

0,4

0,0

0,0

0,0

100,0

2003/2004

59,4

34,4

3,5

0,7

0,9

0,9

0,2

0,0

100,0

2005/2006

55,5

36,5

3,4

1,8

1,4

1,2

0,2

0,0

100,0

2007/2008

55,7

32,9

3,1

4,4

0,4

3,5

0,0

0,0

100,0

2009/2010

52,7

24,7

4,5

8,1

1,1

7,3

1,1

0,5

100,0

2011/2012

58,3

11,1

8,1

6,5

4,4

4,0

5,2

2,4

100,0

Összesen

59,4

26,4

4,1

4,0

1,4

3,1

1,1

0,5

100,0

A – Németország, B – Ausztria, C – Nyugat-Európa (Belgium, Franciaország, Hollandia, Luxemburg, Svájc), D – Észak-Európa (Dánia, Írország, Nagy-Britannia, Norvégia, Svédország), E – Dél-Európa (Görögország, Olaszország, Portugália, Spanyolország), F – Közép- és Délkelet-Európa (Csehország, Észtország, Horvátország, Lengyelország, Lettország, Litvánia, Magyarország, Románia, Szerbia, Szlovákia, Szlovénia), G – Amerika (Chile, Kanada, Amerikai Egyesült Államok), H – Ázsia és Ausztrália/Óceánia (Kína, Dél-Korea, Japán, Új-Zéland) Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa.

A passzív házak földrajzi elterjedését vizsgálva (11.1. táblázat) Németország és Ausztria fölénye állapítható meg: az összes ilyen jellegű épület több mint 85%-a ebben a két országban épült. A magas arány mögött elsősorban történelmi, nyelvi és gazdasági 373


tényezők húzódnak meg: egyrészt a passzív házak gondolata Németországban született (az első ilyen épület 1991-ben épült Darmstadtban), és így természetesnek tekinthető az itteni magas arány, másrészt a nyelvi azonosság miatt a technológia hamar népszerűvé és széles körben használttá vált Ausztriában is, harmadrészt az érintett országok magasabb jövedelmű lakossága is képes volt a nagyobb költségek finanszírozására. Az 1997 és 2012 közötti időbeli változásokat elemezve ugyanakkor már bizonyos hangsúlyeltolódások is megfigyelhetőek: a kezdeti 90–95%-os arányhoz képest fokozatosan csökkent a fenti két ország súlya (2011/2012-ben részesedésük az újonnan átadott épületek között már nem érte el a 70%-ot), és egyre fontosabb szerepet töltenek be a Föld egyéb régiói. A folyamat mögött elsősorban az a tény áll, hogy az objektumok sikere, az alkalmazott technológia tökéletesebbé és olcsóbbá válása, illetve a szükséges szakirodalom egyéb nyelveken történő elérhetősége más országok építőire is jelentős hatást gyakorolt (különösen jelentősnek tekinthető az amerikai, az ázsiai és az ausztráliai kontinens előretörése). A világgazdasági válság hatása elsősorban Ausztria és a közép- és délkelet-európai régió esetében ismerhető fel, amely országokban nagymértékben visszaesett az ilyen jellegű építkezés. Az egyes országokon belüli helyzetet a legtöbb passzív épülettel rendelkező Németország példáján vizsgálva a jövedelmi viszonyok fontossága emelhető ki (11.2. táblá11.2. táblázat. A passzív házak relatív adatai és a lakosság jövedelmi viszonyai Németország egyes tartományaiban A

B

Baden-Württemberg

3,76

108,3

Bajorország

3,70

109,8

Rajna-vidék – Pfalz

3,64

102,5

Hessen

2,87

103,5

Hamburg

2,30

109,3

Schleswig-Holstein

1,89

100,9

Alsó-Szászország

1,66

95,1

Szászország

1,46

86,7

Brandenburg

1,45

86,9

Észak-Rajna–Vesztfália

1,26

101,2

Türingia

0,93

84,4

Bréma

0,90

100,3

Saar-vidék

0,66

94,2

Mecklenburg–Elő-Pomeránia

0,35

82,1

Berlin

0,32

90,1

Szász-Anhalt

0,28

82,5

A – a 100 000 lakosra jutó passzív házak száma, B – az egyes tartományok jövedelmi helyzete (az egy főre jutó jövedelem 1997 és 2011 közötti átlaga a németországi értékhez viszonyítva – 100,0%) Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa, a Német Statisztikai Hivatal adatbázisa.

374

11.2. A passzív házak sajátosságai

zat): a 100 000 főre jutó értékek alapján megállapított sorrendben első öt tartomány a jövedelem alapján is az első ötben található. Az ellenkező végletet, vagyis a lista végét tekintve nem ilyen egyértelmű a helyzet: a passzív házak elterjedtsége szempontjából legrosszabb helyzetben lévő öt tartomány közül csak kettő (Mecklenburg és SzászAnhalt) tartozik a jövedelmi szempontból is legrosszabb adatokkal jellemezhető tartományok közé. A két tényező közötti szoros összefüggést mutatja a korrelációs együttható igen magas, +0,788-as értéke, amely szignifikáns kapcsolatot jelöl. A passzív technológiával épült házak különböző funkciókat szolgálhatnak. Az adatok elemzése alapján (11.3. táblázat – utolsó oszlop) megállapítható, hogy a legfontosabb szerepet a lakófunkció tölti be (ezen belül is kiemelkedik a családi házak magas részesedése), míg a második-harmadik helyen az oktatási és a közigazgatási funkció áll. 11.3. táblázat. A passzív házak funkcióinak időbeli változása 1997 és 2012 között (%)

Családi házak

A

B

C

D

E

F

G

H

Σ

51,9

55,9

63,8

67,1

66,3

60,5

57,0

53,7

60,3

Egyéb lakófunkció*

44,4

38,5

29,8

23,8

24,5

23,7

26,0

27,1

26,7

Lakófunkció összesen

96,3

94,4

93,6

90,9

90,6

84,2

83,0

80,8

87,0

Közigazgatási funkció

3,7

2,8

1,6

1,9

2,0

6,3

3,4

7,6

4,0

Vegyes (lakó és piaci) funkció

0,0

0,5

1,2

1,6

2,2

1,0

1,3

1,0

1,3

Piaci funkció

0,0

0,9

1,6

2,1

1,8

2,5

1,9

1,0

1,7

Oktatási funkció

0,0

1,4

1,2

2,3

2,2

4,6

8,3

7,4

4,6

Sportfunkció

0,0

0,0

0,0

0,5

0,2

0,8

1,3

0,6

0,6

Szociális és egészségügyi funkció Összesen

0,0

0,0

0,8

0,7

0,8

0,6

0,8

1,6

0,8

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

A – 1997/1998, B- 1999/2000, C – 2001/2002, D – 2003/2004, E – 2005/2006, F – 2007/2008, G – 2009/2010, H – 2011/2012 * például ikerházak, sorházak, társasházak. Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa.

Az épületek funkciók szerinti időbeli változásában (11.3. táblázat) több folyamat hatása is felismerhető. Egyrészt a 2000-es évtized első felében a lakófunkció aránya még meghaladta a 90%-ot, az évtized második felében ugyanakkor már fokozatosan növekedett az egyéb hasznosítás jelentősége, amely elsősorban az alkalmazott technológia tökéletesedésével, egyéb célokra való felhasználási lehetőségével magyarázható. A fenti folyamatot tovább erősítette a gazdasági válság: a pénzügyi problémák által jobban érintett magánszemélyek sokkal kisebb mértékben kezdtek az átlagosnál nagyobb költségekkel járó építkezésekbe, mint az önkormányzatok és egyéb szervezetek. A lakófunkción belül is feltűnő a családi házak részarányának a visszaesése (az egyéb lakófunkció aránya a 2000-es évtized második felétől már inkább növekedést mutatott), ami szintén a fenti okokra vezethető vissza. 375


A passzív házak funkciók szerinti megoszlásában az egyes régiók között igen jelentős különbségek tapasztalhatóak (11.4. táblázat). Az átlagnál lényegesen magasabb a lakófunkció aránya Közép- és Délkelet-Európában és Ázsiában, míg ellenkező jelenség figyelhető meg Dél-Európában és az amerikai kontinensen. A lakófunkción belül különösen feltűnő a családi házak magas aránya Közép- és Délkelet-Európában, míg az egyéb lakófunkció nagyobb részesedése Észak- és Dél-Európában [ez utóbbi tény alapvetően arra vezethető vissza, hogy ezen országokban az újonnan épített lakások között is magasabb arányt képviseltek a többlakásos (azaz nem családi házas) ingatlanok]. 11.4. táblázat. A passzív házak funkciói a Föld különböző régióban (%) A

B

C

D

E

F

G

H

Σ

Családi házak

57,7

62,5

73,0

52,8

51,2

86,2

56,3

91,7

60,3


31,1

19,8

15,1

32,0

34,9

9,5

15,6

0,0

26,7


88,8

82,3

88,1

84,8

86,1

95,7

71,9

91,7

87,0


3,9

3,7

6,3

2,4

7,0

2,1

12,5

8,3

4,0


1,5

1,4

0,0

0,0

2,3

1,1

0,0

0,0

1,3

Piaci funkció

0,5

5,2

0,0

1,6

2,3

0,0

0,0

0,0

1,7

Oktatási funkció

3,8

6,1

4,0

9,6

2,3

1,1

9,4

0,0

4,6

Sportfunkció

0,8

0,1

0,8

0,8

0,0

0,0

3,1

0,0

0,6

Szociális és egészségügyi funkció

0,7

1,2

0,8

0,8

0,0

0,0

3,1

0,0

0,8

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

Összesen

A – Németország, B – Ausztria, C – Nyugat-Európa, D – Észak-Európa, E – Dél-Európa, F – Közép- és Délkelet-Európa, G – Amerika, H – Ázsia és Ausztrália/Óceánia Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa.

A különböző funkciójú passzív házak települési típusok szerinti megoszlását tekintve igen jelentős eltéréseket figyelhetünk meg (11.5. táblázat). Egyrészt a nem lakófunkciójú épületek legnagyobb arányban a nagyvárosokban fordulnak elő, ami azzal magyarázható, hogy elsősorban ezekben a településekben merülnek fel ilyen jellegű (elsősorban közigazgatási és oktatási) feladatok. Másrészt a főként lakófunkciójú településeken belül a nagyvárosokban sokkal nagyobb arányban lehet találkozni az egyéb lakófunkciójú energiahatékony épületekkel (pl. társasház, sorház). Ennek hátterében elsősorban az áll, hogy ezeken a településeken a rendelkezésre álló szabad földterület – a magasabb ingatlanárak következtében – sokkal kisebb, és ezért ezeket nagyobb lakássűrűségű ingatlanokkal építik be. A harmadik jellegzetesség a szuburbán régiók (a nagyobb települések agglomerációs zónájában fekvő települések) és a vidéki térségek településeinek a viszonylatában tapasztalható: az előbbi térségben magasabb a lakófunkciójú passzív házak aránya. Ez a tény alapvetően arra vezethető vissza, hogy ezen települések döntő mértékben lakóhelyként szolgálnak, és így sokkal kisebb mértékben merül fel az igény a szolgáltatásokkal összefüggő épületek (pl. iskola, irodaépület) felépítésére, mint a vidéki térségekben. 376

11.2. A passzív házak sajátosságai 11.5. táblázat. A különböző funkciójú energiahatékony épületek földrajzi elhelyezkedése (%) Nagyvárosok1

Szuburbán régiók2

Vidéki térségek3

Összesen

Családi házak

38,7

83,8

71,8

60,3


36,4

12,5

20,0

26,7


75,1

96,3

91,8

87,0


10,0

1,1

2,4

4,0


1,3

0,2

0,3

1,3

Piaci funkció

2,0

0,0

0,5

1,7

Oktatási funkció

7,9

2,4

4,3

4,6

Sportfunkció

2,4

0,0

0,2

0,6

Szociális és egészségügyi funkció

1,3

0,0

0,5

0,8

100,0

100,0

100,0

100,0

Összesen

1 – az egyes országok 10 legnagyobb települése 2 – az adott ország 10 legnagyobb településének agglomerációjában fekvő település 3 – egyéb települések Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa.

A passzív házak alapterületét tekintve (11.3. ábra) megállapítható, hogy a legkisebb átlagos alapterület a részben vagy teljesen lakófunkció, és azon belül is a családi házak esetében figyelhető meg, míg az ilyen technológiával épített házak közül a legnagyobb alapterület a közigazgatási, az oktatási, valamint a szociális-egészségügyi céllal épült házaknál tapasztalható. A korábbiakban utalás történt rá, hogy a passzív technológiát használó épületek között kiemelt szerepet töltenek be a lakófunkciójú ingatlanok, ezért ezt a típust az alapterület szempontjából részletesebben is megvizsgáltuk. Az egyes régiókat összeha3000 2500 2000 1500 1000 500

ció nk

kc

fu

un

gy i

or tf

gü

sp

fu

se gé

sz

sé

ok

ta

tá

si

if pi ac

ió

nk ció

ió un

kc

ió nk c ye s

ve g

ás zg at

sz oc

iál

is é

kö

tz

ig a

fu

un if

un óf lak

eg yé b

kc

kc ió

za k há di alá cs

ió

0

11.3. ábra. A különböző funkciójú energiahatékony épületek átlagos alapterülete (m2) Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa.

377


sonlítva (11.4. és 11.5. ábra) jól megfigyelhető, hogy Közép- és Délkelet-Európa mind a két lakófunkció-típus esetében a legalacsonyabb értékekkel rendelkezik, amely a jövedelmi különbségekre vezethető vissza: az itteni alacsonyabb lakossági jövedelem következtében ebben a régióban az átlagosnál kisebb méretű épületek felépítésére került sor. A családi házak esetében a második legalacsonyabb értékek Ázsiára jellemzőek, ami részben a legtöbb ilyen házat befogadó Japán természeti viszonyaival magyarázható: a sziget jelentős részének hegyvidéki jellege miatt csak kisebb alapterületű családi házak felépítésére nyílt lehetőség. 250 200

Ázsia

Amerika

Középés Délkelet-Európa

Dél-Európa

0

Észak-Európa

50

Ausztria

Németország

100

Nyugat-Európa

150

11.4. ábra. A családi ház lakófunkciójú épületek átlagos nagysága a Föld különböző régióiban (m2) Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa.

1000 900 800 700

Dél-Európa

100

Észak-Európa

200

Ausztria

300

Németország

400

Nyugat-Európa

500

Középés Délkelet-Európa

600

0 11.5. ábra. Az egyéb lakófunkciójú épületek átlagos nagysága az egyes európai régiókban (m2) (Az ábrán csak azok a térségek szerepelnek, ahol legalább 10 ilyen épület volt.) Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa.

A passzív házzal legnagyobb számban rendelkező Németországon belüli viszonyokat elemezve szintén a jövedelmi viszonyok fontossága figyelhető meg (11.6. táblázat). A családi házak átlagos alapterülete szerinti sorrendben az első öt helyen álló 378

11.3. Az önkormányzatok energiahatékonysággal kapcsolatos tevékenysége

tartomány közül négy jövedelmi szempontból is az első ötben szerepel, és ugyanez a tendencia jellemző az utolsó öt helyezettre is. 11.6. táblázat. A passzív technológiával épült családi házak esetében az átlagos ház-nagyság és az adott tartomány jövedelmi viszonyai Németországban (A táblázatban csak azon tartományok szerepelnek, ahol legalább 20 passzív technológiájú családi ház létezett.) A

B

Alsó-Szászország

218,1

95,1

Rajna-vidék – Pfalz

195,8

102,5

Bajorország

193,7

109,8

Hessen

192,8

103,5

Baden-Württemberg

190,0

108,3

Hamburg

185,3

109,3

Brandenburg

182,1

86,9

Szászország

181,9

86,7

Észak-Rajna–Vesztfália

176,7

101,2

Türingia

172,8

84,4

153,9

100,9

Schleswig-Holstein 2

A – a családi házak átlagos alapterülete (m ), B – az egyes tartományok jövedelmi helyzete (az egy főre jutó jövedelem 1997 és 2011 közötti átlaga a németországi értékhez viszonyítva – 100,0%) Forrás: a Passive House Institute és az International Passive House Association adatbázisa, a Német Statisztikai Hivatal adatbázisa.

11.3. Az önkormányzatok energiahatékonysággal kapcsolatos tevékenysége 11.3.1. A helyi önkormányzatok és az energiahatékonyság A megújuló energiák alkalmazása, a kis környezeti terheléssel működő társadalmi és műszaki rendszerek (pl. köznevelési és kulturális intézmények) létesítése és működtetése napjaink egyik legfontosabb kulcsproblémája. Ennek megoldására törekedni kell a települések életének szervezése során is. A települések ebből a tekintetből kettős szereppel rendelkeznek. Egyrészt, mint épített, műszaki rendszer az egyik legjelentősebb beavatkozást jelenti a földi ökoszisztémába – akár az energia-, akár más földi rendszerek körforgásába, másrészt az ott élő közösség életében, annak szabályozásában, az alkotó tagok szemléletformálásában is kiemelt szereppel bír. A települések szerepének vizsgálata nélkül ezért nem lehet pontos modellt felrajzolni, tanácsokat adni a megújuló energia és energiahatékony építési rendszerek elterjedésének tekintetében [11.14]. Ennek szellemében a kutatás fontosságát az alábbi tényekkel lehet alátámasztani. Egyrészt a helyi önkormányzatok közvetlen kapcsolatban 379


állnak a helyi lakossággal, és ez utóbbi célcsoport elérése gyakran a helyhatóságokon keresztül a legkönnyebb. Másrészt a városléptékű megújulóenergiaforrás-alkalmazási rendszerek kialakítása elképzelhetetlen a helyi önkormányzatok bevonása nélkül. Magyarország 3152 várost és községet [11.15] magában foglaló településállományából, mintegy 600 a halmozottan hátrányos helyzetű település, ami komplex okokra vezethető vissza. Egységesen jellemzi őket az akut foglalkoztatási válság, a magas munkanélküliségi ráta, a vállalkozások hiánya, a rossz infrastrukturális ellátottság, a centrum településektől való nagy távolság, a nehéz megközelíthetőség, amely külső, illetve belső periferiális helyzetet teremt. Hatására alacsony jövedelem, szociális problémák jelentkeznek, a szegénység, az elvándorlás és az elöregedő lakosság miatt torzult társadalomszerkezet alakul ki. Az alacsony települési bevételek miatt a települési környezet pusztul, a létesítmények és infrastruktúra avulása szemmel látható, a fenntartási költségek folyamatosan növekednek, illetve egyre nagyobb terhet jelentenek, így az önkormányzat működése külső segítség nélkül mindinkább ellehetetlenül. A települések fenntartása, a jelentős részt működésre költött hitelek okozta adósságcsapda konszolidálása jelentős terheket ró az államra és ezen keresztül a társadalomra. A települési intézmények fenntartásának finanszírozása nemcsak a halmozottan hátrányos helyzetű – többségében alacsony lélekszámú – településeken okoz egyre nagyobb kihívást, hanem a jól prosperáló nagyobb lakosságszámmal és bevételekkel rendelkező városokban is, hiszen jelentős forrásokat von el a településfejlesztési feladatoktól. Az egész Magyarországra jellemző helyzetből való kitörés egyik lehetséges útja lehet a települési energiaigények biztosítása, illetve önkormányzati és lakossági bevételteremtés a helyben elérhető megújuló energiaforrások hasznosításával. A fentiek szellemében a kutatás során felmértük az Észak-Alföld régió helyi önkormányzatainak energiastratégiával kapcsolatos dokumentumait, és ezek elemzésével mutattuk be azt, milyen mértékben szerepel a fenntartható energiaforrások alkalmazásának a szándéka ezeken a településeken. A dokumentumelemzést interjúk készítésével egészítettük ki. Ezeken keresztül 14 település városfejlesztésben érdekelt szereplőivel folytattunk konzultációt a megújuló energiaforrásoknak a települések működésében betöltött szerepéről. A kutatás harmadik ütemében irodalmi forrásokra támaszkodva, illetve személyes adatgyűjtésen és interjúkon alapuló külföldi és hazai esettanulmányokat elemeztünk, amelyek a települési energetikai önellátás irányába tett első lépések példáit igyekeznek bemutatni.

11.3.2. Települési stratégiák és fejlesztési elképzelések A fenntartható fejlődés meghatározó jelentőséggel bír az Európai Unió stratégiai terveiben, ennek megvalósítását pedig számos közösségi kezdeményezés, illetve kötelező érvényű jogszabály segíti elő. Az energiagazdálkodás ezen belül is kiemelkedő jelentőségű, hiszen nemcsak a károsanyag-kibocsátásban meghatározó a hatása, hanem kereskedelem- és foglalkoztatáspolitikai, valamint mezőgazdasági hatásai sem elhanyagolhatóak. Az önkormányzatok fontos szerepet játszanak az energiafelhasz380


nálásban, hiszen nemcsak közvetlenül (az önkormányzati intézmények, a közvilágítás és járműpark energiafogyasztásán keresztül), hanem az ott lakók és a településen működő vállalkozások, sőt a turisták befolyásolásával közvetve is sokat tehetnek a fenntartható energiagazdálkodás megvalósítása érdekében. Ezért fontos áttekintenünk, hogy egyes települések a stratégiai fejlesztési dokumentumaikban hogyan értékelik, miképpen szabályozzák, vagy éppen hogyan próbálják kihasználni a megújuló energiaforrásokhoz kapcsolódó lehetőségeket és helyzetet. Ehhez megvizsgáltuk az Észak-Alföld régió településeinek érvényben lévő fejlesztési dokumentumait, amelyek részben településfejlesztési koncepciók és programok, részben valamilyen ágazati jellegű dokumentumot jelentettek. A vizsgált települések nagy részének van fejlesztési jellegű koncepciója. Ezek elsősorban az Európai Unió csatlakozás óta születtek, hiszen a források elosztása és lehívása ezek alapján történhet csak. Az egyértelműnek látszik, hogy az 5000 fő feletti települések rendelkeznek főként fejlesztési programokkal, ez alatt a lakosságszám alatt csak elvétve találunk vizsgálható dokumentumot. Ezt azért fontos megjegyezni, mert így a kisebb települések elképzeléseiről kevesebb információt kapunk. Ugyanakkor az energiahatékonyság szempontjából, de még inkább a megújuló energiahordozók használatát illetően a falvak és a kisvárosok a fő mintaterületei a fejlesztési projekteknek, részben azért, mert ott kisebb az energiaigény, s így az könnyebben kielégíthető kisebb energiasűrűségű energiahordozókkal. A régió nagyobb településein (20 ezer fő felett) találkozhatunk már ágazati jellegű stratégiákkal is. Ugyanakkor az, hogy ezek mennyire érintik a megújuló energiaforrások körét a helyi döntéshozók hozzáállásától, érdeklődésétől függ. Nem lehet kimutatni összefüggést sem a település nagysága, sem annak földrajzi helyzete és a megújuló energiákkal foglalkozó stratégiák száma között. A legtöbb (87%) általános településfejlesztési dokumentum érinti, említi az energiagazdálkodás kérdéskörét, és az a következtetés is levonható, hogy minél fiatalabb a dokumentum, annál részletesebben foglalkozik vele. A megújuló energiák használatának említési aránya kevéssel alacsonyabb (65%), de még ez is azt jelenti, hogy a munkahelyteremtés, infrastruktúra-fejlesztés és a környezetvédelem általános kérdései mellett a legtöbbet említett fejlesztendő területről van szó. A környezetvédelmi aspektus mellett a legtöbbször kiemelik az életminőségre és a település gazdasági-társadalmi szerkezetére gyakorolt hatását is. Az ágazati jellegű dokumentumokban az említési gyakoriság elsősorban a dokumentum témájától függ. A környezetvédelmi jellegű stratégiák mindegyike kiemelt célként említi a megújuló energiák használatának növelését. Egyértelműen kirajzolódik ugyanakkor, hogy ezek elsősorban – legalább is települési szinten – az Európai Unió és a nemzeti szintű dokumentumokhoz való igazodás miatt jelennek meg. Ezek sokszor célok és irányelvek mechanikus átvételét jelentik, nem pedig azoknak a helyi viszonyokhoz való alkalmazását. Ezzel szemben a gazdasági jellegű dokumentumok már kevesebb mint fele (45%) tesz említést a megújuló energiákról, sokszor mint az ezekhez kapcsolódó eszközök, berendezések gyártási lehetőségeiről. A közlekedési stratégiák minden esetben kiemelik az energiatakarékosság, -hatékonyság javításának szükségességét, és egy-egy helyen konkrét javaslatok is megfogalmazódnak ezekre. 381


A konkrét célokat illetően nem meglepő módon az „energiatakarékosság”, „az energiahatékonyság fokozása”, „megújuló energiák használatának növelése”, „klímaváltozás csökkentése” értelemben említik a kérdéseket. Kiemelendő, hogy egy Európai Unió finanszírozta projektnek köszönhetően a régió két településén (Hajdúszoboszlón és Martfűn) Fenntartható Energetikai Akcióterv (SEAP) is készült. Ezek a dokumentumok konkrét beavatkozási logika mentén adnak iránymutatást a településeken működő vállalkozások, az ott élő lakosság számára, kijelölve ebben az önkormányzat feladatait is. Összességében elmondható, hogy az Észak-Alföld régió települései a jövőjük tervezésekor nagy hangsúlyt helyeznek az energiahatékonyság kérdéskörére, és a megújuló energiák használati szintjének növelését elsődleges célként határozzák meg.

11.3.3. Települési vezetők véleménye A megújuló energiáknak a települések életében betöltött szerepét jelentősen befolyásolja a személyes attitűdök kérdésköre. A dokumentumelemzések során ugyanis egyértelművé vált, hogy egy településnek beépül-e a jövőképébe a kérdés, az nem a nagyságtól, fekvéstől, hanem egyéb más személyes tényezőktől függ. Ezért a lefolytatott interjúk során arra voltunk kíváncsiak, hogyan vélekednek a települések életének irányítói (polgármesterek, hivatali dolgozók, helyi nagyvállalkozók) a megújuló energiák lehetőségeiről, jelentőségéről. A kiválasztott települések között voltak olyanok, amelyek a korábbiakban már valósítottak meg energiahatékonyság-növelő fejlesztéseket (10 település), és voltak, akiknek még az elképzelései között sem szerepelt ilyen korábban. A válaszokból egyértelműen kiderült, hogy az egyik fő motiváló tényező a településüzemeltetési költségek csökkentése, a másik pedig a településrehabilitációhoz kapcsolódó településrendezési feladat. Ez utóbbi skeretében a felhagyott területek, erdőrészletek hasznosítása, illetve a leromlott településrészek rehabilitációja során a megújuló energiákat használó és energiatakarékos rendszerek kiépítése került megemlítésre. A korábbi megvalósított projektek pozitív tapasztalatai szintén motiváló tényezőként kerültek megemlítésre. Azokon a településeken, ahol már vagy megvalósítottak ilyen beruházásokat vagy információval rendelkeztek ilyenről, egyértelműen több ötlet merült fel, és fontosabbnak tartották a kérdést a település életében. A legtöbb esetben a közösségi épületek fűtésének, világításának energiatakarékos átalakítását említették a megkérdezettek mint fejlesztési lehetőséget. Ezzel kapcsolatban is megemlíthető a rendszerben való gondolkodás, mert mindenki az épületek komplex átalakításában (hőszigetelés, nyílászárócsere, fűtésirendszer-korszerűsítés, helytakarékos feladatszervezés) látta a megoldásokat, és nem csak egyszerűen a korábbi fűtési rendszer lecserélésében. A nagyobb települések esetében felmerült a közlekedési rendszerek energetikai fejlesztése is, annak racionalizált átszervezésével. Ezen költségeket csökkentő tényezők mellett harmadikként többen megemlítették a bevételszerzés lehetőségét is. Itt elsősorban a településeken meglévő természeti adottságokat, illetve a települések kezelé382


sében lévő épületek lehetőségeinek hasznosítását emelték ki, amelyek lehetőséget adnak energiatermelésre is. Ennek saját igényeken felüli része pedig már egyértelműen a település bevételeinek növeléséhez járulna hozzá. Ezeket a lehetőségeket elsősorban a kisebb települések képviselői említették. A lehetséges fejlesztések esetében a beruházások komplex kezelése is megjelent, minden interjúalany megemlítette, hogy munkahely-teremtő, gazdaságélénkítő hatásra is számítana a fejlesztések következtében, illetve ez fő elvárásként is megjelent az esetleges projektekkel kapcsolatban. Ezen hatások és a megtakarítási lehetőségek mellett egyértelműen a megfelelő támogatási rendszert és az ismeretek bővítését emelték ki, mint az energiahatékonyságot javító beruházások élénkülésének zálogát. A dokumentumokból és a vezetőkkel folytatott interjúkból is egyértelműen látszik, hogy jó példák nagy szerepet játszanak a települések energiahatékonysági döntéseiben.

11.3.4. Esettanulmányok Ebben az alfejezetben külföldi és magyarországi esettanulmányokon keresztül mutatjuk be, hogyan alkalmazhatóak a helyben elérhető megújuló energiaforrások a település fenntartási költségek csökkentésére, illetve a települési bevételek növelésére. Célként elérhető példának a németországi Wildpoldsriedet mutatjuk be, mely kiemelkedő mintája a települési energetikai önellátás és forrásteremtés megvalósításának. Ezt két északkelet-magyarországi, hasonló lakosságszámmal rendelkező település követi, melyeket kiemelkedően hátrányos helyzetük és az ebből való – megújuló energiaforrásokat is felhasználó – kitörési kísérletük miatt válogattunk be. Ezután – a magyarországi hidrogeológiai adottságokat jól hasznosító – települési geotermikus rendszert működtető két kisvárost és egy középvárost mutatunk be, végül a sort egy elsősorban a napelemek területén jeleskedő község zárja.

11.3.4.1. Wildpoldsriedi települési megújulóenergia-termelő rendszer Wildpoldsried, egy 2500 lakost számláló település a németországi Bajor Szövetségi Tartomány déli részén (Landkreis Oberallgäu) (11.6. ábra), amely 1997-ig hanyatló, elvándorlással és adósságokkal küzdő településnek számított, és ezekre a problémákra az új polgármesternek és a közgyűlésnek megoldást kellett találnia. Ennek keretében lépésről lépésre igyekeztek a helyben elérhető megújuló energiaforrásokat maximálisan kihasználni. 2010-ben az önkormányzat 20 543 MWh villamos energiát termelt, a fogyasztása ellenben csak 6391 MWh volt. A helyi önkormányzat további célja, hogy energiaigényének 100%-át megújuló forrásokból biztosítsa. A 300%-os villamosenergia-termelés elérése után ezt a hő- és közlekedésienergia-igények területén akarják teljesíteni 2020-ig. A megújulóenergia-termelésben az önkormányzaton kívül a lakosság is részt vesz, a termelt energiát közvetlenül betáplálják a hálózatba, mellyel 2010-ben 4 millió euró bevételre tettek szert. 383


11.6. ábra. Wildpoldsriedi települési megújulóenergia-termelő rendszer, Bajorország déli részén Forrás: saját szerkesztés.

Wildpoldsried megújuló energia rendszerére a kombinált megújulóenergiatermelés jellemző, azaz minden helyben elérhető és kiaknázható megújuló energiaforrást hasznosítanak. A település területén három mini vízerőmű, az állattartó telepeken négy biogázüzem (egy fejlesztés alatt 2010-ben), közösségi épületek napelemrendszerei, melyet 2009-től további 9 épületre építenek ki, valamint 190 lakossági magánnapelemrendszer működik. A falu középületeinek hőszükségletét biogázzal és fapellettel működő távhőrendszer biztosítja, 42 épületet látva el hőenergiával, továbbá a település határában hét szélturbina működik, valamint kettő építés alatt áll [11.16]. A település által képviselt ökoenergia-gazdálkodás környezeti hatásai sem elhanyagolhatóak, hiszen a megújuló energiaforrások alkalmazásával 2010-ben 220 000 liter fűtőolajat váltottak ki, így 600 000 kg CO2-dal kevesebb került a légkörbe. A település a fenti jövőbeni céljai érdekében különböző kísérleti programokban is részt vesz, melynek során elektromos autó és kerékpár megosztási rendszert, smart grid rendszereket tesztelnek, valamint energiatárolási megoldásokat próbálnak ki [11.17] [11.18] [11.19]. A település ilyen irányú lépéseit nagymértékben elősegítette, hogy Németország hosszú távú célja a villamosenergia-termelés – 2020-ig 35%-ának, 2050-re 80%-ának – megújuló forrásból történő előállítása. A megújulóenergia-termelés és -innováció fejlődését minden eszközzel támogatja (jogalkotás, piacszabályozás, országos energiatárolás, e-mobilitás, differenciált termelési és elosztási rendszerek (smart grid fejlesztése), és e célok elérésére mintegy 200 milliárd eurót tervez fordítani 2020-ig [11.20]. 384


11.3.4.2. A dögei önkormányzati mintagazdaság megújulóenergia-elemei A Wildpoldsriedben alkalmazott módszer Magyarországon is megvalósítható, melyhez a környezeti adottságok rendelkezésre állnak, olyan településeken is, melyek halmozottan hátrányos helyzetük miatt szerény finanszírozási lehetőségekkel rendelkeznek (11.7. ábra). Kisebb léptékben ugyan, de ezen az úton halad a SzabolcsSzatmár-Bereg megyei Döge, 2200 fős lakosságával. A településen alacsony a termelő üzemek száma, magas a munkanélküliség, az önkormányzat bevételei korlátozottak. A fejlődésre lehetőséget a pályázati források, a közmunkaprogram és a helyi erőforrások adta lehetőségek maximális kihasználása jelenti. Az ezekkel való jó gazdálkodás következtében azonban már látszanak a nehéz helyzetből való kilábalás lehetőségei. Az útkeresés élére itt is a polgármester és a képviselőtestület állt, és 2010–2014 között jelentős eredményeket értek el, ami három elemből áll: energetikai korszerűsítés, a helyi megújuló energia hasznosítása, valamint mezőgazdasági termelés.

11.7. ábra. A Szabolcs-Szatmár-Bereg, Csongrád és Pest megyei esettanulmányok területi elhelyezkedése

Az energetikai korszerűsítések első lépése az építészeti értéket is képviselő uradalmi magtár épületének átalakítása volt ifjúsági házzá, mely során az épület teljes belső 385


szigetelést kapott, valamint a használatimelegvíz-ellátásról napkollektorok gondoskodnak. A második lépés a polgármesteri hivatal épületének energetikai korszerűsítése, amely több intézménynek is otthont ad. E beruházás első szakaszában a határoló falak szigetelése, nyílászárók cseréje, valamint csapadékvíz hasznosító rendszer épült ki. Jelenleg folyik a szomszédos óvodával együtt a hőszivattyús fűtési rendszer kiépítése, mely villamosenergia-igényének részleges biztosításáról napelemrendszer fog gondoskodni. A harmadik lépés a biomassza hasznosítása, melynek során az erdőgazdaság számára értéktelen gallyakat, valamint a település kezelésében lévő mezőgazdasági utak mellett, folyamatosan újratermelődő akác sarjadékot felaprítják, bálázzák, majd az önkormányzat egészségügyi intézményébe telepített biomassza (eredetileg fapellettel üzemelő) kazánban hőtermelésre használják fel. A bálázott faaprítékot emellett szociális célokra is felhasználják, azaz a lakossági fűtőanyag igényeket kedvezményes áron ki tudják elégíteni. Ezen lépésekkel a települési önkormányzat jelentős energia- és költségmegtakarítást ért el, valamint csökkentette a károsanyag-kibocsátást. A felszabaduló és keletkező forrásokat pedig további megújuló energetikai fejlesztésekre fordítják.

11.3.4.3. A Gyulaházi Önkormányzat intézményeinek megújuló energetikai rendszere A szintén Szabolcs-Szatmár-Bereg megyei Gyulaháza Kisvárdától délre fekszik, lakossága 1900 fő. A település polgármestere – aki 38 éve vezeti a szabolcsi falut – a folyamatos, önerős építkezés híve. Az évtizedek alatt vállalkozó, bevétel-termelő önkormányzatot hozott létre, ahol a hangsúly a sport, a rekreáció és aktív szabadidős tevékenységek infrastrukturális kiszolgálásán van. Elsősorban a sportegyesületek ifjúsági csapatai szerveznek ide edzőtáborokat. A szolgáltatásokat biztosító épületek (sportcsarnok, uszoda, szálláshelyek, iskola) villamosenergia-, valamint használatimelegvíz-igényét az ország legnagyobb, középületen működő napelem- és napkollektor-felülete biztosítja. A létesítmények megvalósítása során pályázati forrásokat és a közmunka program keretében foglalkoztatott munkaerőt alkalmaztak, melynek következtében a beruházás költsége a töredéke volt a közbeszerzési eljárások során elérhető kivitelezési ajánlatoknak. Működtetésük az alkalmazott megújuló energetikai rendszereknek és a termelt bevételeknek köszönhetően fenntartható, és jelentős jövedelmet biztosít a település további terveinek megvalósításához.

11.3.4.4. Kisteleki települési geotermikus rendszer A Szegedtől 30 kilométerre, északra fekvő, 7100 fős Kisteleken 2004 és 2007 között egy geotermikus energiahordozóra alapozott települési távhőellátási rendszer épült ki a városi, térségi intézmények hő-, használatimelegvíz- és fürdővízigények biztosítására (11.8. ábra). A termálvizet – mint hőszállító közeget – egy 2095 méteres termelő és egy 1700 méteres visszasajtoló hévízkút pár termeli ki és juttatja vissza a vízadó rétegekbe. A termelőkút 82 °C-os hőmérsékletű termálvize 90 m³/h hozammal jut 386


a felszínre. Az összesen 2 MW hőteljesítmény 6 km hosszú vezetékhálózaton jut el a 9 ellátott intézménybe, ahol hőcserélőkön keresztül adja le hőenergiáját. A rendszer teljesen automatizált, és a visszatérő 40 °C-os víz még további 2 MW hőteljesítmény tartalékkal rendelkezik, ami a jövőben közintézmények, társasházak, kertészet és egy tervezett termálfalu hőellátását képes még biztosítani.

11.8. ábra. A Kisteleki rendszer központi eleme Forrás: http://ec.europa.eu

A beruházás összköltsége 530 millió forint volt, melyet a Környezetvédelem és Infrastruktúra Operatív Program (KIOP) támogatásával, valamint saját forrás felhasználásával valósítottak meg. A beruházás eredményeként az intézményekben 10%-os energia, a fűtés terén pedig 70%-os költségmegtakarítást értek el, mely számok alapján a megtérülési idő 15 év lesz. A közintézmények működtetési költségének csökkentése mellett áttételesen fenntartható maradt a foglalkoztatás és nőtt a település versenyképessége. A térség károsanyag-kibocsátása a CO2 vonatkozásában 1,38 kt/év, a CO 23,28 kg/év, a NOx-ok pedig 66,25 kg/év csökkentek. A közösségi célok terén 31,25 TJ/év nőtt az országos megújuló energiafelhasználás, mellyel azok aránya 3,5%-ról 3,6%-ra emelkedett [11.21].

11.3.4.5. Mórahalmi geotermikus kaszkádrendszer A Magyarország délkeleti határa mentén fekvő, több mint 5800 lakosú Mórahalmon egy integrált rendszerű geotermikus energiahasznosító rendszer épült fel, mely során a folyamatosan csökkenő hőmérsékletű termálvíz hőenergiáját különböző technológiával, eltérő hőigényű fogyasztók sorba kapcsolásával nyerik ki. A beruházás össz387


költsége 526 millió forint volt, melynek során – a kistelekihez hasonlóan – egy 1260 méteres, 70 °C-os kifolyóvíz hőmérsékletű termelőkutat és egy 900 méteres mélységű visszasajtoló kutat lépeztek ki. A termálvíz hőjével – melyet hőcserélőkön ad le – 8 intézményt látnak el hőenergiával, így évente 40 millió forint megtakarítást érnek el. A termelőkút vizének magas metántartalmával gázmotort hajtanak meg, így a termálvíz-kitermelő rendszer villamosenergia-igénye is a geotermikus energiához kapcsolódó energiaforrással lett kielégítve (megj.: korábban a termálvizek gáztartalmát, gázleválasztók segítségével elengedték a légkörbe). A visszasajtolás alkalmazásával – a nagyon lassú utánpótlódás miatt – a fosszilisnak tekinthető termálvíz készletek fenntartható hasznosítása valósult meg, mely a teljesen zárt vízköröknek köszönhetően biztosítja a felszínalatti vízkészletek és vízminőség, valamint a víztestek védelmét. Továbbá a felszíni környezettel nem érintkező – felszíni befogadóba nem kerülő – termálvíz, magas ásványianyag-tartalmával nem terheli az élővilágot. A rendszer környezeti előnyeit növeli a káros emisszió 80%-os csökkenése, az évente kiváltott 481 907 m3 földgáz, a 866,45 tonnával kevesebb CO2-kibocsátás, valamint a csökkentett CO- és NOx-emisszió [11.21].

11.3.4.6. Hódmezővásárhelyi integrált hőhasznosítást megvalósító geotermikus közműrendszer A több mint 45 000 lakosú megyei jogú város Csongrád megye második legnépesebb települése, és a települési geotermikus rendszerek abszolút etalonjának tekinthető. A beruházás sorozat célja, egyrészt az 1000 méter körüli felső-pannon rétegek 45–50 °C-os termálvizével kiváltani a helyi távfűtő rendszerben, a hideg ivóvízből földgázzal előállított használati meleg vizet; másrészt a 2000 méteres mélységből feltárható 80–86 °C-os fluidum hőtartalmával kiváltani a szintén földgázalapú városi távfűtési rendszert. A négy önálló, szigetüzemű távhőrendszer lakótelepeket, közintézményeket, strandfürdőt és a fedett uszodát szolgálja ki. A fenntarthatóság érdekében a lehűlt termálvizet a feltárás rétegeihez közeli térségbe 3–5 bar nyomáson sajtolják vissza, mely technológiát gazdaságosan szintén itt alkalmazták először 1998-ban. Jelenleg 10 termálkutat működtetnek, melyből 8 termelő, 2 visszasajtoló, valamint további 3 kút – gyógyvíz minősítéssel – balneológiai célokat szolgál (11.9. ábra). A rendszer kiépítése több lépcsőben valósult meg (1967, 1984, 1994–1998, 2007), jelenleg 2725 lakás és 130 közületi fogyasztó fűtését és használatimelegvíz-igényét látja el, 723 835 m3 fűtött légtérfogattal. A kitermelt és hasznosított háztartási meleg víz mennyisége 150 000 m3 évente, az ezen keresztül hasznosult hőenergia 19 000 GJ/év. A háztartási meleg víz szűkített önköltsége 70–80 Ft/m3 (fosszilis energiával 500–600 Ft/m3), a fűtési céllal kitermelt termálvíz mennyisége 880 000 m3/év, a visszasajtolt mennyiség 400 000 m3, a szolgáltatott termál fűtési hőmennyiség 105 000 GJ/év. A fűtési termálenergia előállítás szűkített önköltsége – mely magában foglalja a visszasajtolás költségeit is – 750–850 Ft/GJ, a hagyományos földgázalapú technológiával GJ-onként 2800–3000 Ft. A geotermikus rendszer környezeti hatásai kiemelkedőek, évente mintegy 4 050 000 m3 földgáz felhasználását váltja ki, mellyel a CO2-kibocsátás 7000 tonnával csökkent. A jó és körültekintő visszasajtolási gyakorlattal a rendszer hosszú távon fenntartható. 388


11.9. ábra. A hódmezővásárhelyi termálrendszer vázlatrajza Forrás: www.aquaplus.hu

A beruházások állami, önkormányzati, európai uniós (Környezet és Energia Operatív Program, KEOP) források bevonásával valósultak meg, melynek megtérülési ideje 6 év, a várható élettartama viszont 50–100 év. A hagyományos földgázalapú távhőszolgáltatáshoz viszonyítva 50%-os költségmegtakarítás érhető el.

11.3.4.7. Újszilvás kombinált települési megújulóenergia-ellátó rendszere A Pest megyei Újszilváson, 2010-ben hőszivattyús geotermikus települési fűtési rendszer, valamint a villamosenergia-igények fedezésére 2011-ben Magyarország legnagyobb naperőműveként számon tartott villamosenergia-termelő telep valósult meg (11.10. ábra). A valamivel több mint 2600 lakosú Újszilvás Község Önkormányzata a közintézmények fenntartási költségeinek csökkentése és a környezettudatosabb működés érdekében azok fűtési rendszereinek, valamint használatimelegvíz-ellátásának korszerűsítését valósította meg 2008 és 2010 között. A cél érdekében a helyi hidrogeológiai adottságokat kihasználva, sekély rétegekre alapozott geotermikus rendszer épült ki. A kiindulópontot a helyi vízellátást biztosító vízmű korszerűsítésének szükségessége szolgáltatta, melynek során már 2005-ben felmerült – a vízszolgáltatás mellett – a magas kifolyóvíz hőmérsékletű kutak geotermikus célú hasznosítása. A 2008ban, a Norvég Alapból nyert támogatás segítségével egy termelő és egy visszasajtoló kútpárt létesítettek, melyek talpmélysége 400–450 méter, a szűrőzési mélység pedig 350–400 méter közötti. A termelő kút 30–32 °C-os vize, hőszivattyú segítségével, 389


11.10. ábra. Az újszilvási napelempark Forrás: http://www.ujszilvas.hu

lehetővé tette a közintézmények fűtésének biztosítását, mely rendszernél 1/5–1/6 elektromos energia befektetésével, a víz 10–15 °C-os hűtésével 40–50 °C-os vizet állítanak elő. A hőszivattyús rendszer öt közintézményben – iskola, óvoda, könyvtár, polgármesteri hivatal, sportcsarnok és művelődési ház – mind a téli fűtést, mind pedig a nyári hűtést képes biztosítani. A polgármesteri hivatalban és az óvodában radiátoros, klímakonvektoros, míg a művelődési házban és az iskolában radiátoros és termoventilátoros fűtési rendszer épült ki. Az első fűtési szezonban mintegy 53,4%-os energiamegtakarítást értek el. A település fenntartási költségeinek további csökkentése, valamint a hőszivattyús rendszer és egyéb helyi villamosenergia-igények fedezése érdekében 2010 és 2011 között további helyben elérhető megújuló energiaforrást állítottak a települési energiaellátás szolgálatába. A hőszivattyús rendszerek egyik hátránya a működtetéshez szükséges megemelkedett villamosenergia-fogyasztás. A Közép-Magyarországi Operatív Program (KMOP) keretében egy 400 kWp teljesítményű napkövető, fotovoltaikus villamosenergia-termelő rendszert építettek fel, mely évente a helyi klimatikus viszonyok mellett (napsütéses órák száma: 2100–2300 óra) 630 000 kWh villamos energia megtermelésére képes. A 70:30%-os arányban hazai és európai uniós, valamint helyi forrásból finanszírozott beruházás összköltsége több mint 2,2 millió euró (2010). A település külterületén felállított erőmű 68 forgatórendszerrel szerelt állványon 1632 darab napelemet hordoz, ahol az inverterek a napelem felől érkező egyenfeszültséget 240 V-os 50 Hz-es váltakozó feszültséggé alakítják, és továbbítják az egyetemes szolgáltató hálózatába. Ez a megújuló energiaforrás biztosítani képes a már korábban kiépült települési geotermikus fűtési rendszer, továbbá a közintézmények és a közvilágítás villamosenergia-igényét, valamint csökkenti a környezetterhelést és több felsőoktatási intézmény gyakorlati oktatási bázisául szolgál (Szegedi Tudományegyetem, Szolnoki Főiskola, Szent István Egyetem). Az újszilvási települési kombinált megújulóenergia-rendszer példaszerű műszaki megoldás, mely egyszerre biztosítja a közintézmények fűtését-hűtését, vízellátását és villamosenergia-igényét. 390

11.4. A lakosság és az energiatudatosság

11.4. A lakosság és az energiatudatosság 11.4.1. A lakossági attitűd vizsgálatának szempontjai, módszertani lehetőségei A tervezési és stratégiai dokumentumokban rögzített célkitűzéseket csak a lakosság számottevő részének egyetértésével és részvételével lehet elérni. Az új és tiszta technológiák széles körű adaptálása és alkalmazása érdekében szükséges megismerni a közgondolkodást és viselkedést, ahelyett hogy csak a technológiai oldalra koncentrálnának [11.22]. Emiatt szükséges a lakosok attitűdjének és ismereteinek vizsgálata annak érdekében, hogy hatékonyabban lehessen informálni az energiatudatosságról és energiamegtakarítás lehetőségeiről, és ehhez kapcsolódóan célorientált marketing tevékenységet végezni. Sovacool tanulmánya a szokásokat és a viselkedést árnyalta, illetve hangsúlyozta ki, ráirányítva a figyelmet a technológiák elfogadásának társadalmi és kulturális aspektusaira is. Fontos megemlíteni, hogy akár a háztartási eszközökre vonatkozó előírások szigorításával is jelentős energiamegtakarítást lehet elérni (a lakosok különösebb erőfeszítése nélkül is) [11.23]. A lakosság attitűdjének vizsgálata – különösen a különböző energiahatékonysági programokban való részvétel – meglehetősen nehéz [11.24]. Haas felsorolta azokat a tényezőket, melyek kihathatnak a lakosok viselkedésére, döntéseire – jövedelemszint, attitűd, technológiai hatékonyság, energiaárak és energiapolitika (utóbbit direkt és indirekt módon az energiaárakon keresztül) [11.25]. A legtöbb tanulmány az iskolázottság szintje és az energiamegtakarítást célzó cselekedetek között pozitív korrelációt bizonyította olyan módon, hogy a tudásszint és az iskolázottság a környezetbarát viselkedést magáénak tudó sajátos szociális miliőhöz való tartozás esélyével is jellemzően összekapcsolódik [11.26] – a társadalmi státusz és életstílus mellett. A korszerkezetnek sajátos szerepe van az attitűd alakulásában. Mills és Schleich tanulmányukban rámutattak arra, hogy a középkorú lakosok háztartásaikban alkalmazzák a legnagyobb eséllyel a tőke intenzív energiahatékonyságot célzó módszereket [11.27], míg a fiatal háztartások előnyben részesítik a legújabb technológiai eljárásokat, melyek jellemzően energiahatékonyabbak [11.28]. Számos olyan ok van, melyek megerősítik a kor és a környezeti attitűd és preferenciák közötti negatív korrelációs kapcsolatot. Ezek egyike jelzi a fiatalabbak modern iskolai oktatásból származó, környezetvédelemről, megújuló energetikai technológiákról és energiahatékony eljárásokról való magasabb tudásszintjét, szemben az idősebbekkel [11.27]. A lakossági vizsgálatok módszertani kérdésére vonatkozóan elmondható, hogy nincsenek egyértelműen alkalmazott módszerek az áttekintett szakirodalmakban. A leggyakrabban az interjúzást [11.29] [11.30] vagy a kérdőívezés [11.31] módszerét használják, utóbbi személyesen vagy postai levélküldés segítségével. A minta nagysága is rendkívül eltérő (néhány száz megkérdezettől több ezer fős mintáig terjed, függően az anyagi lehetőségektől és a vizsgált terület kiterjedésétől). 391


Németországban egy reprezentatív minta 400 megkérdezettet jelentett, mely során a lakóépületek alapján végeztek tipizálást (önálló családi ház, ikerház, sorház). Az adatgyűjtés módszertana magában foglalta az egyének telefonon történő interjús megkérdezését, melyet a CAPI (számítógép segítségével történő személyes interjú) módszert követte [11.30].

11.4.2. A vizsgált terület energetikai adottságainak bemutatása Az általunk lebonyolított lakossági kérdőíves vizsgálat színtere, az Észak-Alföld régió egyike Magyarország és az Európai Unió legelmaradottabb területeinek. A GDP 14 277 $/fő értéke mindössze az EU-27 átlagának 42,73%-át tette ki 2011-ben. Közel másfél milliós lakossága elsősorban a legnagyobb városok – Debrecen, Nyíregyháza, Szolnok – közelében koncentrálódik. A régiót 389 település alkotja. A magyarországi régiók háztartási energiafogyasztása nemcsak a fejlettségbeli különbségeket, hanem a földrajzi sajátosságokat is visszatükrözi, beleértve a természeti erőforrások (pl. a tűzifa nagy mennyiségű jelenlétét), vagy a lakott területek (pl. urbánus térség kiterjedt távfűtéssel) jellemzőit is. Ezek a tényezők alakítják ki a háztartási energiafogyasztás térszerkezetét (részletes adatbázis a villamos energia és gáz lakossági fogyasztására állt rendelkezésre, ezért ezeken keresztül mutatjuk be a területi sajátságokat).

Teljes gázfogyasztás, 1000 m3 <1000 1000–1999 2000–4999 5000–9999 10000–19999 20000–49999 ł 50000 Egy lakosra jutó gázfogyasztás, 1000 m3 <100,0 100,0–119,9 150,0–199,9 200,0–249,9 250,0–299,9 300,0–349,9 ł 350,0

11.11. ábra. A háztartások gázfogyasztása Magyarországon és a vizsgált régióban 2012-ben Forrás: T-STAR adatbázis.

392


A villamosenergia-fogyasztás (egy főre vetített kWh érték) tisztán tükrözi az ország fejlettségi térszerkezetét, a közép-magyarországi régió (beleértve Budapest adatait is) kiugró értékével, és az alacsony mutatókkal az Észak-magyarországi és az Észak-Alföld régióban. A háztartási gázfogyasztás kevéssé mutat karakteres képet a kiugró középmagyarországi értékkel és a mérsékeltnek tekinthető észak-alföldi adattal (az országos átlag 89,8%-ával) (11.11. ábra). A háztartási fogyasztási adatok 2012-ben komoly területi különbségeket mutattak az Észak-Alföld régióban. A három legnagyobb városban koncentrálódott a lakosság 26,5%-a, a háztartási villamosenergia-fogyasztás 27,5%-a és a háztartási gázfogyasztás 31,5%-a. Az egy lakosra jutó gázfogyasztás települési részletezettségű képe meglehetősen hasonló a régió fejlettségi térszerkezetéhez, míg a villamosenergia-fogyasztás egy főre vetített értékei kisebb különbséget mutattak, és a mintázatuk is kevéssé szabályos. Az egy lakosra jutó háztartási gázfogyasztás jelentős régión belüli egyenlőtlenséget mutatott (27,6% volt a súlyozott relatív szórás értéke), miközben a háztartási villamosenergiafogyasztás egy főre vetítve jóval kiegyenlítettebb volt (mindössze 12,5%).

11.4.3. A kutatás módszertana Adatgyűjtésünk/elemzésünk célja volt, hogy feltárjuk az Észak-Alföld régió lakosságának energiatakarékos technológiákról kialakított véleményét, és megismerjük bevezetésükkel kapcsolatos állásfoglalásukat. Kiemelt figyelmet fordítottunk a lakások energetikai jellemzőinek, felújítási körülményeinek megismerésére, illetve lakosság (energia) takarékosságra vonatkozó ismereteinek, hajlandóságának feltérképezésére. Megkérdeztük őket az energiatakarékos építési formákról, illetve arról, milyen költségterhelés mellett hajlandók fontolóra venni az új technológiák bevezetését. A minta kijelölése során kétlépcsős, rétegzett mintavételt alkalmaztunk: az első lépcsőben kijelöltük a településmintát, a másodikban pedig a megkérdezettek életkora és településenkénti száma került kiválasztásra. A települések kiválasztása a régión belüli lakásépítések számának segítségével alakult ki. A KSH adatbázisának köszönhetően az egyes településeken 10 év (2001–2011) alatt épített lakások számát tekintettük kiindulópontnak, mivel a lakásépítésekben aktívan megjelenők rendelkeznek naprakész ismeretekkel a folyamatról, esetükben várható talán az energiatakarékos építkezésekre vonatkozó érdemi információ. A települések kiválasztása után a kérdőívek számának hozzárendelése volt a következő feladat. A kiválasztás eredményeként 18 település került a mintába, amelyeken összesen 582 kérdőív lekérdezésére került sor. 179 darabot a megyeszékhelyeken, 299-et az egyéb városokban, 104 darabot pedig a községekben vettek fel kérdezőbiztosaink. A megkérdezettek körét (relevancia okán) a 18 és 65 év közötti, aktív korú népességre terjesztettük ki. A kérdőíves felmérésre a számítógép segítségével történő személyes kérdőívezés (mely hasonlít a CAPI módszerhez) módszerével került sor 2013 augusztusában és szeptemberében. A felmérés ilyen módon nem tekinthető reprezentatívnak, de a lakásépítésben aktív területi és életkori szűkítés informatív az érintettek lakásviszonyai és energiatakarékos építési eljárásokra való fogékonysága vonatkozásában. 393


A válaszadók 45%-a volt férfi és 55%-a nő. Az életkor szerinti megoszlásban a válaszadók 72%-a tartozott a 18–49 éves, 28%-a az időskorú aktív korcsoportba. A válaszadók többsége házastársával él (27,1%), vagy egy gyermeke van (27,3%). A négy vagy több főből álló családok aránya 31,1%. Iskolai végzettség tekintetében a válaszadók jóval fölülmúlják a magyarországi átlagot, különösen az Észak-Alföld régió átlagát (11.12. ábra). A régión belüli településtípusonkénti különbség felismerhető. A megyeszékhelyek iskolázottsági előnye vitathatatlan, de az egyéb városok és a falvak közötti különbség nem jelentős, sőt a felsőfokú végzettséggel rendelkezők körében (diplomások és technikusok) jobb a mintában szereplő falvak helyzete, mint a városoké. 49

39

38,3

34,8

32,8 27,1 28,1 23,9

21,6 17,6

16,1

7,9

általános iskola

szakmunkás (érettségi nélkül) Magyarország

érettségi

Észak-Alföld régió

diploma

DEnzero minta

11.12. ábra. A kérdőíves adatfelvétel adatközlőinek iskolai végzettség szerinti megoszlása (%) Forrás: [11.32] [11.33] [11.34] [11.35] és saját felmérés alapján.

Az iskolázottság átlagtól való eltérései, a településtípusok között elmosódó különbségek hátterében a mintaválasztás elvei kereshetők. Kerestük azokat a válaszadókat, akik releváns (aktuális) lakásépítési ismeretekkel rendelkeznek, ennek érdekében alkalmaztunk területi szűkítést. A közelmúlt lakásépítései városi környezethez vezettek bennünket, olyan agglomerálódó (megyeszékhelyekhez, régióközponthoz, vagy csak idegenforgalmi hatás alatt álló) térségekhez, amelyek relatíve kiemelkedtek környezetükből. Társadalmi és gazdasági tekintetben kivételes helyzetüket adják vissza az iskolázottság jó mutatói és a településtípustól (falu) eltérően jó gazdasági helyzetük. Nem a magyar falvak átlagát, hanem a nagyvárosok környezetében lévő, átlagnál jobb helyzetű települések jellemzőit tapasztalhattuk meg. 394


11.4.4. A felmérés eredményei A kérdőívet három témakörre osztottuk: a jelenlegi lakás tulajdonságai, energiafelhasználásuk jellemzői és a passzív házakra vonatkozó ismeretek. A válaszadók túlnyomó része (75%) családi házban él, ez körülbelül 10%-kal több, mint a magyar átlag, éppen ezért a házak alapterülete is jóval nagyobb, mint országosan, 53% esik a 75–120 m2 közé. Határozott korreláció mutatható ki a településtípus és a lakásméret között: 98 m²-es mintaátlag mellett a városi lakások jellemzően 95 m²esek, míg a községekben 108,42 m² az átlag. A lakások építőanyagával kapcsolatban megállapítható, hogy az országos átlaghoz (63,49%) közeli értékekkel a tégla (62,5%) a legfontosabb falazóanyag. A második helyen a beton-, panelépületek (13,9%) találhatók, míg a vályog foglalja el a harmadik helyet (11,7%). A régiós értékeknél, sőt jellemzően az országosnál is kedvezőbb a mintába került lakások falazóanyag szerinti megoszlása. Külön kiugrónak tekinthető az „egyéb” kategória (8,8%), amiből 1,9%-kal részesednek a könnyűszerkezetes házak. A válaszadók innovációs hajlama átlag felettinek tekinthető. A vizsgálat kiterjedt a házak korára is, amiből kiderült, hogy a szűrt mintavétel miatt a kérdőívre válaszolók jóval fiatalabb házakban laknak, mint a magyar átlag (11.13. ábra). Ebből adódóan meglepő, hogy még ebben az átlagnál lényegesen fiatalabb házakra vonatkozó mintában is a házak közel felénél nincs szigetelés. A házak mindösszesen 21,8% épült szigeteléssel, 30,1% pedig utólag szigetelt, holott ezzel sok energiát és pénzt lehetne spórolni. A szigetelés tekintetében nagy különbségek fedezhetők fel az egyes településtípusok közt. A megyeszékhelyeken (69,8%) és az egyéb városokban (46,6%) épült házak jellemzően jobban szigeteltek, mint a falvakban (36,6%) épültek. 67,2

37,5

37

37

30,4

28,2 23

18,8 8,4

3,9 1960–1979

1960 előtt Magyarország

1980–2005

Energiaklub (Magyarország)

3

6,2

2005 után DEnzero (minta)

11.13. ábra. A lakásépítések időpontjának arányai az Energiaklub és a DEnzero mintájában, illetve a KSH adatai szerint (%) Forrás: [11.36] [11.37] és saját felmérés.

395


A lakások fűtési rendszerei hagyományosnak tekinthetők, alapjaiban a fosszilis energiahordozók viszik a prímet. Az elektromos- és az alternatívenergia-felhasználás formái összességében 1% alatti értéket mutatnak. Uralja a fűtési rendszereket a gáz felhasználás (55%), és a vegyes tüzelésű kazánok és a kályhák használata (45%). Országos értékekkel egyezőnek tekinthető a távfűtés súlya, és hasonló a gáz és a fa (szén) tüzelés aránya is. A rendszerek minőségét mutatja, hogy az elmúlt öt évben a megkérdezettek ötöde (19,7%) hajtott végre felújítást/javítást. Alapvetően a takarékosság motiválta a felújításokat (43%), de komoly szerepet kapott a kényszer is (37,2%). A kényelem, esztétikai igény háttérbe szorult, illetve a környezettudatos gondolkodás is csupán egy válaszadó esetében került elő. Véletlenszerűen szerepelt az okok között a teljesítménynövelési szándék, teljes felújítás esete. A háztartások energiatakarékosságra való hajlandóságát vizsgálva megállapítható, hogy a világítás vonatkozásában a leghatározottabb az álláspont: a háztartások 94,8%-a jellemzően, vagy nagyon jellemzően takarékos ebben az esetben, alig akad olyan, ahol ez ne lenne természetes. A tv-használattal már sokkal megengedőbbek, hiszen ott közel 30%-a a megkérdezetteknek nem vagy egyáltalán nem takarékoskodik. Érdekes az energiatakarékos eszközök használatának mutatója. Több mint 50%-a a háztartásoknak jellemzően figyelembe veszi ezt a szempontot, de magas (18%) a „nem jellemző” válasz aránya is, 2,2% az „egyáltalán nem jellemző” érték. Az energiatakarékos szemlélet bizonytalanságát adják vissza ezeket az értékeket. biomasszakazán

13,7

szélgenerátor

16

hővisszanyerő szellőztetés hőszivattyú alkalmazása redőny, reluxa használata falak szigetelése vízmelegítő-korszerűsítés fűtési rendszer korszerűsítése nyílászárócsere

20 26,1 34 40,9 41,6 43,1 51,8

energiatakarékos eszközök vásárlása napelem napkollektor

54,8 57,2 65,3

11.14. ábra. A takarékosság lehetséges formái a megkérdezettek körében (%) Forrás: saját felmérés.

A takarékosság lehetőségét az alternatív energiahordozó felhasználásával képzelik el legtöbben (11.14. ábra). Ez az elképzelés nem az energiatakarékosság, hanem 396


a rezsimegtakarítás által motivált. Elsődlegesen tehát az olcsóbban előállított energia felhasználásával takarékoskodnának, nem pedig a felhasználás csökkentése lebeg a szemük előtt. A napenergia-felhasználás jól beágyazódott a köztudatba, az emberek kétharmada a napkollektort, közel ennyi a napelemet tartja jó alternatívának. Furcsa, hogy a skála másik végére került szélgenerátor (16%), és a biomasszakazán (13,7%) felhasználása is ebbe a logikába illeszkedik, amely eszközök kevésbé ismertek. Általában az energiatakarékos eszközök vásárlása (54,8%) is eszébe jut az emberek több mint felének. A modernizálás (hatékonyság növelés) gondolata nem idegen az emberektől, ezek már energiát is megtakarító elképzelések. A szigetelés javítása már csak harmaduknál képezi megfontolás tárgyát, a passzív házak esetében fontos hővisszanyerős szellőztetés csak az emberek ötödénél (20%) vetődött fel. Érdekes, hogy a bonyolultabb hőszivattyús eljárást is inkább ismerik (26,1%). A házépítés/házvásárlás folyamán fontos szerepet betöltő szempontok elemzése (11.7. táblázat) rávilágított arra, hogy a passzív házak tervezésénél fontos délies kitettséget tartják a legkevésbé fontosnak a válaszadók. Sorban utána a beruházási költségek és a ház kinézete következik. Utóbbiak a passzív ház tervezésének szabad kezet engednek. A legfontosabb szempontok között a problémamentes fenntartás, az értékállóság és az alacsony fenntartási költségek foglalnak helyek. Itt ismét két olyan szempont került előtérbe, amelynek a passzív házak kifogástalanul megfelelnek. A környezettudatosság szintjéről árulkodik, hogy a környezetbarát kivitelezés és a szennyező anyagok kibocsátásának minimalizálása nem tartozik a többség által legfontosabbnak ítélt szempontok közé. A környezettudatosságot itt ismét előzi az egyéni takarékosság szempontja. Általában elmondható, hogy a passzív házak tulajdonságait értékelik az építkezők/vásárlók. Nem tartják meghatározóan fontosnak a beruházás költségeit, de legyen értékálló és fenntartás vonatkozásában olcsó a lakás. 11.7. táblázat. A lakásépítés/vásárlás preferenciái a megkérdezettek körében (1 – legkevésbé fontos, 5 – legfontosabb, %) 1

2

3

4

5

Szennyvízhálózat megléte

0,9

0,5

1,4

5,5

91,7

Problémamentes fenntartás

0,4

0,4

1,2

9,4

88,8

Épület értékállósága

0,5

0,9

3,2

8,8

86,6

Alacsony fenntartási költség

0,7

0,7

3,9

10,4

84,3

Jó minőségű szigetelés

0,5

0,5

3,0

13,6

82,4

Napos, világos lakótér

0,5

0,5

3,7

16,8

78,5

Környezetbarát kivitelezés

0,7

1,9

6,0

16,8

74,6

Szennyező anyagok kibocsátásának minimalizálása

0,7

0,9

4,4

21,6

72,4

A ház külső kinézete

1,1

0,5

11,9

19,5

67,0

Alacsony beruházási költség

1,6

6,9

16,8

19,5

55,2

Délies kitettség

2,1

8,8

19,6

17,3

52,2

Kellemes lakókörnyezet

0,7

1,6

8,5

89,0

0,2

Forrás: saját felmérés.

397


A vállalhatónak vélt többletköltségek arányaival is hasonló kép ismerhető fel. Meglehetősen óvatosak az emberek, de a passzív házak építéséhez kapcsolódó, jelenleg 20–30% körülire becsült kiegészítő költségemelkedést a válaszadók 30–50%-a elfogadhatónak látja. A többség (28,5%) nem kockáztatott sokat, hiszen csak 5%-os beruházásiköltségnövekedést vállalna fel. Valamivel kevesebb, de még mindig a válaszadók negyedéhez közelítő arányban vannak, akik 10, akár 20%-kal is többet fizetnének. Utána már meredek a visszaesés, hiszen 30% feletti költségemelkedést csak a lakosság 8,6%-a vállalna. Az utolsó nagy kérdéscsoport magára a passzív házakra és azok ismertségére vonatkozott. A válaszadók 2/3-a hallott már a passzív házakról. Az iskolai végzettség növekedésével arányosan több ismerettel rendelkeznek a válaszadók a technológiáról. A felsőfokú végzettséggel rendelkezők 86%-a, a középfokú végzettségűek 65%-a és az alapfokú végzettségűek 32%-a hallott már ezekről az épületekről. Leginkább az ismerősöktől (27,8%) és a televízióból (26,8%) származnak ezek az ismeretek, majd 3. helyen az internet (15,2%) található (11.15. ábra). A lakások közel 90%-ában található számítógép, de a hagyományos információáramlás még mindig hatékonyabban működik, mint a modern, amely tény komoly lehetőséget/feladatot jelent a népszerűsítésben. Kimondottan fontos terület lehet az iskola ebben a vonatkozásban. A válaszadók 4%-a hallott erről az oktatás keretei között, pedig a kiterjedő természet- és környezetvédelmi tartalmú oktatás erre lehetőséget teremthetne. A vidéki Magyarországot érintő ismeretterjesztés vonatkozásában a média és az oktatás szerepe még mindig fontos. ismerős beszélt róla

27,8

televízióban

26,8

interneten

15,2

újságban

12,4

egyéb

6,2

tájékoztatóban iskolában

4,3 4,0

11.15. ábra. A passzív házakra vonatkozó ismereteik forrásai a megkérdezettek körében (%) Forrás: saját felmérés.

Az iskolázottabb válaszadók konkrétabb ismeretek birtokában számolhatták át a passzív ház eredményezte költség-haszon egyenleget, és juthattak a beruházást támogató döntésre. Ők azok, akik intenzívebben használják az internetet és szaklapokat, az ismerőseik információit, többet tudnak a minisztériumokról és az energiával foglalkozó nonprofit szervezetekről is. Az alacsonyabb képzettségű lakosok inkább hagyatkoznak a médiára és a „hivatalos” (szolgáltató, szerelők) szervekre. A válaszadók saját bevallásuk szerint sem elégedettek a passzív házakról való tudásukkal. Durván harmaduk nem ismeri a technológiát, és akik hallottak már róla, azok is hiányosnak érzik az információkat. Ötös skálán elhelyezve az információkat, ötödük 398


(20,6%) elégtelennek véli az ismereteit, további több mint negyedük (27,7%) hiányosnak látja azt. Amennyiben ezt összegezzük a teljes minta harmadát kitevő „nem hallott a passzív házról” csoporttal, akkor a megkérdezettek kétharmadáról (32,5% nem hallott róla és a maradék 68% 48,3%-a elégtelen információkkal bír) elmondható az, hogy komoly információhiánnyal rendelkeznek. Amennyiben a passzív házról nem hallók egyharmados arányát is figyelembe vesszük (jellemzően csak 2,7% nem válaszolt erre a kérdéscsoportra, a többiek találgattak), akkor majdnem tökéletes válaszokat adtak a beruházás költségnövekedésére (66,4%) és a passzív házak energiahatékonyságára vonatkozó kérdésre (69,4%). Jól ismerték fel az elrejtett hibás válaszokat („csak napos területen lehet építeni, „2019-től csak passzív házat lehet építeni”), tudtak az Antarktiszon megépített kutatóállomásról, a hővisszanyerős szellőztető rendszerről, és a hőszigetelés fontosságával is tisztában voltak. A légtömörségi mutató laikus számára már nehezebben volt értelmezhető (44,7%), illetve a működtetés bonyolultságát kezelték rosszabbul. Összességében a passzív házak emblematikus tulajdonságaival többé-kevésbé tisztában voltak azok a válaszadók, akik hallottak már a „technológiáról”, ennek ellenére kevésnek találják az információkat (előző kérdés), és bizonytalanok az építés vonatkozásában is. A válaszadók tizede adott határozott igen válaszolt az „építene-e passzív házat?” kérdésre. Minden második (46,%) anyagi lehetőségeihez kötné a passzív ház építését. Több mint negyedük (26%) viszont nem tud állást foglalni, illetve 18%-uk határozottan nemmel válaszolt. 15,1 igen, mindenképp

8,9 4,3 50,4

igen, ha lenne rá pénzem

45,9 31,8 11,5

nem tudom

17,4 42,6 23

nem tudom

27,8 21,3 felsőfok

középfok

alapfok

11.16. ábra. A passzív ház építésének szándéka iskolai végzettség függvényében a megkérdezettek körében Forrás: saját felmérés.

399


Az iskolázottak határozottabban állnak ki a technológia mellett. A felsőfokú végzettséggel rendelkezők 15%-a mindenképp, több mint fele pénz függvényében vállalná. Alig tizedük zárkózik el határozottan, közel 30%-uk nem tudja eldönteni. Az alapfokú végzettséggel rendelkező válaszadóknál pontosan fordított a helyzet. Az 582 válaszadó huszada építene mindenképp, de több mint 40%-uk semmiképp sem, így itt a leghatározottabb az elzárkózás (11.16. ábra). Nagyobb a bizonytalanság a beruházásiköltség-növekményre vonatkozóan. Jellemzően 30% feletti költségemelkedést feltételeznek egy passzív ház építésekor (67,4%). Ez ellentmondani látszik azzal, hogy a passzív házakra vonatkozó állításoknál 66,4% választotta helyesen a 20–30%-os növekményről szólót. Ijesztő, hogy a válaszadók 46,5%-a 50%-os vagy afeletti költségemelkedést feltételez a passzívház-építések esetére. A „technológia” elterjedésének gátat szabhat a korrekt információk hiánya. Átlagban 48,5%-os állami támogatás mellett képzelik el a passzívház-építést a válaszadók, közülük a falvakban élő lennének elégedettek 41,7%-os a városi lakosok inkább 50%-os mértékkel. A magasabb iskolázottságúak a passzív házak építéséhez szükséges állami támogatás minimumszintje vonatkozásában is megengedőbbek. Ők konkrétabb ismeretek birtokában számolhatták át a passzív ház eredményezte költséghaszon egyenleget, és juthattak a beruházást támogató döntésre.

11.5. Összegzés A fejezetben bemutatott témakörök összefoglalásaként az alábbiakat lehet elmondani. A passzív házak számának növekedése az új évezred első évtizedében gyorsult fel, a gazdasági válság hatására ugyanakkor mérséklődött a növekedés mértéke. A passzív házak földrajzi elterjedését vizsgálva elsősorban Németország és Ausztria szerepe emelhető ki, az utóbbi években ugyanakkor a technológia tökéletesedése következtében már nőtt a többi földrajzi régió szerepe is. Az épületek funkciók szerinti megoszlását tekintve a legfontosabb szerepet a lakófunkció játssza, ugyanakkor ebben a tekintetben egyrészt jelentős időbeli változások tapasztalhatóak (fokozatosan nőtt az egyéb funkciók fontossága), másrészt az épületek országon belüli földrajzi fekvése is befolyásoló fontos tényezőnek tekinthető (eltérések a nagyvárosok, a szuburbán régiók és a vidéki térségek között). A passzív házak alapterületében az egyes funkciók között jelentős eltérések figyelhetőek meg, emellett a lakófunkció vonatkozásában az egyes országcsoportok eltérő jövedelmi viszonyainak a hatása is kimutatható. A helyi önkormányzatok energiapolitikával kapcsolatos tevékenységének vizsgálata során megállapítható, hogy az Észak-Alföld régió települései a jövőjük tervezésekor nagy hangsúlyt helyeznek az energiahatékonyság kérdéskörére, és vezetőik is fontos célként határozzák meg a megújuló energiák használati szintjének növelését. A nyugat-európai példákat/sikereket követve az elmúlt időszakban a régióban jelentős számú ilyen jellegű fejlesztés valósult meg. Ugyanakkor az is megállapítható, hogy ezen beruházásokban igen fontos szerepet játszott az európai uniós támogatás, 400

Irodalom

ami arra utal, hogy a települések csak saját erőforrásikra támaszkodva jelenleg még nem képesek ilyen jellegű lépésekre. A kérdőíves adatfelvétel tanulsága szerint az Észak-Alföld régió lakásállományának jelenlegi állapota potenciálisan lehetőséget jelenthet az energiatakarékos technológiák kiterjesztése szempontjából. Az épületek fele szigeteletlen, felújításra, korszerűsítésre mindössze ötödükben került sor az utóbbi öt évben. A lakások energiafelhasználása is javítható/javítandó feladat. A takarékosság gondolata fellelhető a válaszadók körében, de ez nem az energiatakarékosságot, hanem a költségtakarékosságot jelenti elsődlegesen számukra. Az olcsóbb, alternatív energia bevonásával képzelik el mindezt, nem az energiatakarékos eszközök használatával. Másodlagosan kerülnek elő csak a környezettudatos gondolkodás elemei. Az energiatakarékos építési módokról (passzív házakról) általában ismerősöktől, televízióból, írott sajtóból értesültek a válaszadók. Annak ellenére, hogy a lakások közel 90%-ában van számítógép, az internet csak harmadik az információforrások sorában. Bár nem ismerik pontosan a döntéshez szükséges tényeket (messze felülbecslik az építéshez kapcsolódó költségnövekedést), tizedük mindenképp passzív házat építene, közel felük csak a pénztől teszi függővé pozitív döntését. Iskolázottság összefüggésében komoly eltéréseket lehet felfedezni a modern építési technológiákra vonatkozó ismeretekben. A magasabb iskolai végzettséggel rendelkezők felhasználják az internetet, szaklapokat, és az ismerőseik is segíthetnek nekik műszaki kérdésekben. A passzívház-technológia elfogadását a közép- vagy alapszinten képzettek körében szükséges hatékonyan népszerűsíteni, olyan csatornákon, ami számukra elérhető. Televízió, írott sajtó és az oktatás lehet az a terület, ahol ez eredményeket hozhat. A jelentős információ hiány mellett is felismerhető ugyanakkor a lakosság energiatakarékos építési módok iránti szimpátiája. A passzívház-építés gondolatának elterjedése (több technikai, technológiai kérdés mellett) az idea népszerűsítésének függvényében valósulhat meg. A tudatformálásban még mindig népszerű televízió, az írott sajtó és az oktatás területén kell áttörést elérni, beemelni a köztudatba az energiatakarékos építési formákat.

Irodalom [11.1] Európai Bizottság, EURÓPA 2020: Az intelligens, fenntartható és inkluzív növekedés stratégiája. Brüsszel, 2010, 1–39. [11.2] Badescu, V.: Simple and accurate model for the ground heat exchanger of a passive house. Renewable Energy, 2007, 32(5) 845–855. [11.3] Feist, W.–Schnieders, J.–Dorer, V.–Haas, A.: Re-inventing air heating: Convenient and comfortable within the frame of the Passive House concept. Energy and Buildings, 2005, 37(11) 1186–1203. [11.4] Romila, C.–Popovici, C. G.–Chereches, N-L.: Reduction of building energy consumption using ventilated facades. Environmental Engineering and Management Journal, 2012, 11(4) 806–812.

401

11. Az energiatakarékos építkezésekkel kapcsolatos társadalmi kérdések [11.5] Siroky, J.–Oldewurtel, F.–Cigler, J.–Prívara, S.: Experimental analysis of model predictive control for an energy efficient building heating system. Applied Energy, 2011, 88(9) 3079– 3087. [11.6] Audenaert, A.–De Cleyn, S. H.–Vankerckhove, B.: Economic analysis of passive houses and low-energy houses compared with standard houses. Energy Policy, 2008, 36(1) 47–55. [11.7] Badescu V.: Economic aspects of using ground thermal energy for passive house heating. Renewable Energy, 2007, 32(6) 895–903 [11.8] Chel, A.–Tiwari, G. N.: Thermal performance and embodied energy analysis of a passive house – Case study of vault roof mud-house in India. Applied Energy, 2009, 86(10) 1956– 1969. [11.9] Dodoo, A.–Gustavsson, L.–Sathre, R.: Life cycle primary energy implication of retrofitting a wood-framed apartment building to passive house standard. Resources, Conservation and Recycling, 2010, 54(12) 1152–1160. [11.10] Georges, L.–Massart, C.–van Moeseke, G.–de Herde, A.: Environmental and economic performance of heating systems for energy-efficient dwellings: Case of passive and lowenergy single-family houses. Energy Policy, 2012, 40 (1) 452–464. [11.11] Mago, P. J.–Chamra, L. M.: Analysis and optimization of CCHP systems based on energy, economical, and environmental considerations. Energy and Building, 2009, 41(10) 1099– 1106. [11.12] Mahdavi, A.–Doppelbauer E.: A performance comparison of passive and low-energy buildings. Energy and Buildings, 2010, 42(8) 1314–1319. [11.13] Thiers, S.–Peuportier, B.: Thermal and environmental assessment of a passive building equipped with an earth-to-air heat exchanger in France. Solar Energy, 2008, 82(9) 820–831. [11.14] Mezei C.: A helyi önkormányzatok szerepvállalása az energiahatékonysági szempontú fejlesztésekben. In: Zsibók Zs. (szerk.) Önkormányzati energetikai fejlesztések. MTA, KRTK, Regionális Kutatások Intézete, Pécs, 2013, 11–53. [11.15] KSH: Területi statisztikai évkönyv, 2012. Központi Statisztikai Hivatal, Budapest, 2013 [11.16] Allen C.: German village achieves energy independence... and then some BioCycle, 2011, 52(8) 37–42. [11.17] Jopp K.: “Irene” is testing the Smart Grid of the Future Wildpoldsried tested the Energy Future. Energy & Fuels, 2012, 64(10) 41–44. [11.18] Wittmann T.: Electromobility between grid connection and renewable power generation (Smart Grid). 26th Electric Vehicle Symposium, Los Angeles, 2012 [11.19] Woldt T.–Fichtner W.: Power-heat coupling, micro power-heat coupling facilities operating as a whole. BWK-Energie-Fachmagazin, 2009, 61(3) 46–50. [11.20] R ajgor, G.: Germany grapples with energy plan. Renewable Energy Focus, 2012, 13(4) 26–29. [11.21] Szanyi, J.–Kovács, B.: Utilization of geothermal systems in South-East Hungary. Geothermics, 2010, 39(4) 357–364. [11.22] Sovacool, B. K.: The cultural barriers to renewable energy and energy efficiency in the United States. Technology in Society, 2009, 31(4) 365–373. [11.23] Meyers, S.–McMahon, J. E.–McNeil, M.–Liu, X.: Impacts of US federal energy efficiency standards for residential appliances. Energy, 2003, 28(8) 755–767. [11.24] Davis A. L.–Krishnamurti T.: The problems and solutions of predicting participation in energy efficiency programs. Applied Energy, 2013, 111, 277–287. [11.25] Haas, R.: Energy efficiency indicators in the residential sector. Energy Policy, 1997, 25, 789– 802. [11.26] Ioan, C. C.–Dedeurwaerder, F.–Dumitrascu, G.–Horbaniuc B.: Curricular development perspectives: education for sustainable development Environmental Engineering and Management Journal, 2004, 3(1) 35–44.

402

Irodalom [11.27] Mills B.–Schleich J.: (2012) Residential energy-efficient technology adoption, energy conservation, knowledge, and attitudes: An analysis of European countries. Energy Policy, 49, 616–628. [11.28] Carlsson-Kanyama A., Linden A. L., Eriksson B.: (2005) Residential energy behaviour: does generation matter? International Journal of Consumer Studies 29(3) 239–252. [11.29] Pelenur M. J., Cruickshank H. J.: (2012) Closing the Energy Efficiency Gap: A study linking demographics with barriers to adopting energy efficiency measures in the home. Energy, 47(1) 348–357. [11.30] Achtnicht, M.–Madlener, R.: Factors influencing German house owners’ preferences on energy retrofits. Energy Policy, 2014, 68, 254–263. [11.31] McMichael, M.–Shipworth, D.: The value of social networks in the diffusion of energyefficiency innovations in UK households. Energy Policy, 2013, 53, 159–168. [11.32] KSH: 2011. évi népszámlálás. 7. Iskolázottsági adatok. Központi Statisztikai Hivatal, Budapest, 2013 [11.33] KSH: 2011. évi népszámlálás. 3. Területi adatok. 3.9. Hajdú-Bihar megye. Központi Statisztikai Hivatal, Debrecen, 2013 [11.34] KSH: 2011. évi népszámlálás. 3. Területi adatok. 3.11. Jász-Nagykun-Szolnok megye. Központi Statisztikai Hivatal, Debrecen, 2013 [11.35] KSH: 2011. évi népszámlálás. 3. Területi adatok. 3.16. Szabolcs-Szatmár-Bereg megye. Központi Statisztikai Hivatal, Debrecen, 2013 [11.36] KSH: 2011. évi népszámlálás. 6. Lakások és lakóik. Központi Statisztikai Hivatal, Budapest, 2013 [11.37] Fülöp O.: NEGAJOULE 2020. A magyar lakóépületekben rejlő energiahatékonysági potenciál). Energiaklub. Kutatási riport. Budapest, 2011

403

A kiadásért felelős az Akadémiai Kiadó Zrt. igazgatója Szerkesztette: X Y Felelős szerkesztő: Tárnok Irén Termékmenedzser: Egri Róbert Nyomdai előkészítés: Eredeti Bt. Borítóterv: Berkes Dávid A nyomdai munkálatokat a XXXXXXXXX végezte Felelős vezető: X YBudapest, 2013 Kiadványszám: TK???????? Megjelent 36,11 (A/5) ív terjedelemben

Fenntartható energetika megújuló energiaforrások optimalizált integrálásával

Recommend Documents